用于混合动力车辆的驱动设备的制作方法

专利名称：用于混合动力车辆的驱动设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于混合动力车辆的驱动设备，并且具体地，涉及用 于混合动力车辆的并且具有容纳在一个壳体中的逆变器和电机的驱动设 备。
背景技术：
在许多目前的混合动力车辆中，逆变器具有固定到地盘的大的箱形壳 体，并且电机壳体(变速驱动桥)被布置在该壳体下方。当考虑能够被安 装在尽可能多类型的车辆中的用于混合动力车辆的驱动设备时，具有两个 壳体的配置难以使得设备的部件标准化，这是因为这些壳体的最佳布置是 针对每一种类型的车辆来进行。
具体地，期望将组合工作的单元容纳在一个壳体中，并且彼此集成。
日本专利早期公开No. 2004-343845 (此后将被称为"专利文件1")公开 了一种用于混合动力车辆的驱动设备，其具有彼此集成的电机和逆变器。 在专利文件1中，结构包括由多个壳体部分形成的驱动设备壳体，所述多 个壳体部分连接在一起并且分别容纳电动机以及容纳多个与各电动机对应 的逆变器。在此结构中，多个逆变器被集中布置在上述壳体部分中的一个 中，并且用于冷却逆变器的流体通道被形成在设置有逆变器的壳体部分和 各个逆变器之间。上述结构可以将对应于各个电动机的逆变器与驱动设备 集成，并且还可以实现逆变器冷却。
但是，在日本专利早期公开No. 2004-343845 (专利文件l)中公开的 驱动设备壳体中，容纳各个电机的多个壳体部分被连接到容纳逆变器的壳 体部分。因此，在专利文件1中公开的用于混合动力车辆的驱动设备的结 构中，由逆变器中的功率元件的开关操作导致的电磁噪声易于通过上述壳 体部分被连接在一起的连接部分泄漏。因此，必须采用对策防止电磁噪声通过逆变器的壳体部分连接到其他部分的连接部分泄漏。如果对策是不充 分的，则泄漏的电磁噪声可能不利地影响车辆上的其他设备。
因为在上述结构中，逆变器被简单地布置在电机上，所以该结构易受 与承载该驱动设备的车辆的重心的垂直位置相关的改进。此外，对减小混 合动力车辆中用于布置驱动设备所需的空间没有进行充分考虑。为了允许 将驱动设备安装在多种车辆上，期望逆变器和电机布置在与在普通车辆中 与发动机相邻的自动传动机构的外廓基本相等的外廓中。

发明内容
为了解决上述问题而做出了本发明，并且本发明的目的是防止电磁噪 声从具有集成的逆变器的混合动力车辆用驱动设备外泄。
根据本发明的用于混合动力车辆的驱动设备包括动力传输机构，动力 控制单元，壳体，盖构件以及固定构件。动力传输机构将由所述旋转电动 机产生的动力与由内燃机产生的动力进行合成，并且将所合成的动力传输 到驱动轴。动力控制单元控制旋转电动机。壳体具有第一容纳部分和第二 容纳部分，所述第一容纳部分用于容纳所述动力控制单元，所述第二容纳 部分用于容纳至少所述旋转电动机，并且与所述第一容纳部分一体形成。 盖构件，其固定到所述壳体，并且覆盖所述第一容纳部分中的开口。
根据上述用于混合动力车辆的驱动设备，因为用于动力控制单元和用 于旋转电动机的壳体部分(第一和第二容纳部分)被一体地形成，所以在 这些壳体部分之间没有形成配合表面(连接部分)。由此，该结构可以抑 制由动力控制单元产生的电磁噪声从驱动设备外泄。因此，可以减小对抗 电磁噪声泄漏的措施所需的成本，并且防止电磁噪声从驱动设备外泄。
优选地，根据本发明的用于混合动力车辆的驱动设备还包括连接到所 述内燃机的曲轴的减振器。所述旋转电动机具有与所述减振器的旋转轴线 匹配的旋转轴线。此外，所述第二容纳部分被构造来容纳所述旋转电动 机、所述减振器和所述动力传输结构。在沿垂直于所述旋转轴线的方向和 垂直于车辆安装状态中的垂直方向的方向的投影所得的视图中，所述第一 容纳部分被布置成使得所述动力控制单元位于所述第二容纳部分的在车辆
5安装状态中的垂直尺寸内。
在上述用于混合动力车辆的驱动设备中，驱动设备的水平尺寸可以被 保持得很小，从而驱动设备的体积或尺寸可以很小，并且可以提高车辆可 装配性。
优选地，在根据本发明的用于混合动力车辆的驱动设备中，所述动力 控制单元包括电路板，所述电路板承载对应于所述旋转电动机布置的并且 在车辆安装状态下布置在所述旋转电动机上方的逆变器的动力元件。
根据上述用于混合动力车辆的驱动设备，第一容纳部分容纳承载产生 电磁噪声的动力元件的电路板，从而实现了可以有效地防止电磁噪声从壳 体外泄的结构。
优选地，在根据本发明的用于混合动力车辆的驱动设备，所述动力控 制单元包括对应于所述旋转电动机布置的逆变器以及配置来产生所述逆变 器的输入电压的电压变压器。所述电压变压器包括电抗器，其布置在所 述旋转电动机的所述旋转轴线的一侧；以及电容器，其布置在所述旋转电 动机的所述旋转轴线的另 一侧。
根据上述用于混合动力车辆的驱动设备，可以利用旋转电动机的一侧 和另一侧分别布置作为电压变压器的部件的电容器和电抗器。因此，可以 减小驱动设备的所需空间并因此减小其尺寸，并且可以提高对于旋转电动 机的重量平衡。
在上述结构中，所述动力控制单元还包括电路板，所述电路板的至少 一部分布置在所述电抗器和所述电容器之间的区域中，并且承载所述逆变 器和所述电压变压器的动力元件。
根据上述用于混合动力车辆的驱动设备，电路板可以被布置成当在车 辆状态下沿垂直方向观察时不与电抗器和电容器交叠。因此，可以防止可 能由电路板的布置所导致的驱动设备沿车辆高度方向的尺寸的增大。从 而，车辆的重心可以很低，并且可以提高驾驶稳定性。
优选地，根据本发明的用于混合动力车辆的驱动设备还包括连接到所 述内燃机的曲轴的减振器。所述旋转电动机具有与所述减振器的旋转轴线 匹配的旋转轴线。此外，在沿所述旋转轴线的方向的投影所得的视图中，所述动力控制单元被布置在所述壳体中，使得所述动力控制单元位于容纳 所述减振器、所述旋转电动机和所述动力传输机构的部分的在车辆安装状 态中的水平尺寸内。
根据上述用于混合动力车辆的驱动设备，可以减小车辆的沿前后方向 的尺寸，并且可以使得驱动设备紧凑。
优选地，根据本发明的用于混合动力车辆的驱动设备还包括连接到所 述内燃机的曲轴的减振器。所述旋转电动机具有与所述减振器的旋转轴线 匹配的旋转轴线。在此，在沿所述旋转轴线的方向的投影所得的视图中， 所述动力控制单元被布置在所述壳体中，使得所述动力控制单元位于容纳 所述减振器、所述旋转电动机和所述动力传输结构的部分的在车辆安装状 态中的垂直尺寸内。
根据上述用于混合动力车辆的驱动设备，可以减小车辆的沿前后方向 的尺寸，并且可以使得驱动设备紧凑。结果，车辆的重心可以很低，并且 可以提高驾驶稳定性。
因此，具有集成的逆变器的尺寸减小的混合动力车辆驱动设备可以防 止逆变器的电磁噪声从驱动设备外泄。


图1是示出了根据本发明的实施例的与混合动力车辆的电动发电机控
制相关的结构的电路图。
图2是用于具体示出图1中的动力分配设备和减速器的示意图。
图3是示出了根据本发明的实施例的用于混合动力车辆的驱动设备的
外观的立体图。
图4是图3所示的驱动设备的平面图。
图5A概念性地示出了作为对比例示出的防止驱动设备中的电磁噪声 泄漏的结构。
图5B概念性地示出了根据本发明的实施例中的防止电磁噪声泄漏的 结构。
图6是沿图4中的方向XI所取的驱动设备的侧视图。图7是沿图4中的线vn-vn所取的横截面。
图8是沿图4中的方向X2观察的驱动设备的侧视图。 图9是沿图4中的线IX-IX所取的横截面。 图10是沿图4中的线X-X所取的横截面。
图11是沿旋转轴线的方向投影的壳体视图，并且具体示出了壳体和 其中容纳的部件的外廓。
图12是沿垂直于旋转轴线并且垂直于垂直方向的方向投影的壳体视 图，并且具体示出了壳体和其中容纳的部件的外廓。
具体实施例方式
现在将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述和附图中，相应 的部件采用相同标号，并且不对其进行重复描述。
图1是示出了根据本发明的实施例的与混合动力车辆的电动发电机控
制相关的结构的电路图。
参照图1，车辆100包括电池单元40、驱动设备20、控制设备30和 图1中未示出的发动机和车轮。
驱动设备20包括电动发电机MG1和MG2、动力分配设备PSD、减 速器RD、和控制电动发电机MG1和MG2的动力控制单元21 。
动力分配设备PSD基本上是连接到在后面描述的图2中的发动机4和 电动发电机MG1和MG2的机构，并在它们之间分配动力。例如，动力分 配设备PSD由具有三个旋转轴，即太阳轮、行星轮架和齿圈，的行星齿轮 机构形成。
动力分配设备PSD的两个旋转轴分别连接到发动机4和电动发电机 MG1的旋转轴，另一个旋转轴连接到减速器RD。与动力分配设备PSD — 体的减速器RD降低电动发电机MG2的旋转速度，并且将其传送到动力 分配设备PSD。
如将在后面所述的，减速器的旋转轴经由减速齿轮和差速齿轮(两者都没示出)连接到车轮。
电池单元40具有端子41和42。驱动设备20具有端子43和44。车辆 100还包括连接端子41和43的电缆8和连接端子42和44的电缆8。
电池单元40包括电池B、连接在电池B的负极和端子42之间的系统 主继电器SMR3、连接在电池B的正极和端子41之间的系统主继电器 SME2和串联连接在电池B的正极和端子41之间的系统主继电器SMR1和 限制电阻器R。在从控制设备30提供的控制信号SE的控制下，系统主继 电器SMR1至SMR3被导通/关断。
电池单元40还包括测量电池B的端子之间的电压VB的电压传感器 10和检测流到电池B的电流IB的电流传感器11 。
电池B可以是诸如镍氢电池或锂离子电池的二次电池或燃料电池。电 池B可以用大电容双电层电容器代替。
动力控制单元21包括分别对应于电动发电机MG1和MG2布置的逆 变器22和14，以及针对逆变器22和14共用布置的升压变压器12。
升压变压器12对端子43和44之间的电压进行升压。逆变器14将从 升压变压器12提供的DC电压转换成三相AC，并将其提供到电动发电机 MG2。
升压变压器12包括一端连接到端子43的电抗器Ll、串联连接在升压 变压器12提供升压了的电压VH的输出端子之间的IGBT元件Ql和Q2、 分别与IGBT元件Ql和Q2并联连接的二极管Dl和D2和平滑电容器 C2。平滑电容器C2对升压变压器12升压了的电压进行平滑。在本实施例 中，IGBT元件作为用于电力转换的动力半导体开关元件(此后也可称为 "动力元件")的代表性示例被描述。因此，IGBT元件可以用另一种动 力元件替换。
电抗器Ll的另一端连接到IGBT元件Ql的发射极和IGBT元件Q2 的集电极。二极管Dl的阴极连接到IGBT元件Ql的集电极，二极管Dl 的阳极连接到IGBT元件Ql的发射极。二极管D2的阴极连接到IGBT元 件Q2的集电极，二极管D2的阳极连接到IGBT元件Q2的发射极。
逆变器14将从升压变压器12提供的DC电压转换成三相AC，并将其提供到驱动车轮的电动发电机MG2。逆变器14使电动发电机MG2在再生 制动中产生的电力返回到升压变压器12。此时，升压变压器12被控制设 备30控制，使得其作为电压降低单元工作。
逆变器14包括U相臂15、 V相臂16和W相臂17， U相、V相和W 相臂15、 16和17并联连接在升压变压器12的输出线之间。
U相臂15包括串联连接的IGBT元件Q3和Q4和分别与IGBT元件 Q3和Q4并联连接的二极管D3和D4。 二极管D3的阴极连接到IGBT元 件Q3， 二极管D3的阳极连接到IGBT元件Q3的发射极。二极管D4的阴 极连接到IGBT元件Q4的集电极，二极管D4的阳极连接到IGBT元件Q4 的发射极。
V相臂16包括串联连接的IGBT元件Q5和Q6，和分别与IGBT元件 Q5和Q6并联连接的二极管D5和D6。 二极管D5的阴极连接到IGBT元 件Q5的集电极，二极管D5的阳极连接到IGBT元件Q5的发射极。二极 管D6的阴极具有连接到IGBT元件Q6的集电极，二极管D6的阳极连接 到IGBT元件Q6。
W相臂17包括串联连接的IGBT元件Q7和Q8和分别与IGBT元件 Q7和Q8并联连接的二极管D7和D8。 二极管D7的阴极连接到IGBT元 件Q7的集电极，二极管D7的阳极连接到IGBT元件Q7的发射极。二极 管D8的阴极连接到IGBT元件Q8的集电极，二极管D8的阳极连接到 IGBT元件Q8的发射极。
各相臂的中间点连接到电动发电机MG2的各个线圈的各相端。具体 地，电动发电机MG2是三相永磁同步电动机，并且U、 V和W相的三个 线圈各具有一起连接到中性点的一端。U相线圈的其它端连接到IGBT元 件Q3和Q4的连接节点。V相线圈的另一端连接到IGBT元件Q5和Q6 的连接节点。W相线圈的另一端连接到IGBT元件Q7和Q8的连接节点。
电流传感器24检测流经电动发电机MG2的电流，并且将检测的电流 值，即电动机电流值MCRT2，提供到控制设备30。
逆变器22与逆变器14并联地布置，并且连接到升压变压器12。逆变 器22将从升压变压器12提供的DC电压转换成三相AC，并将其输出到电动发电机MG1。逆变器22接收由升压变压器12升压了的电压，并且驱动 电动发电机MG1，例如用于起动发动机。
而且，逆变器22将由从发动机的曲轴传递的转矩驱动的电动发电机 MG1产生的电力返回到升压变压器12。此时，升压变压器12在控制设备 30的控制下，作为电压降低电路工作。
尽管未示出，逆变器22的内部构造与逆变器14的内部构造相似，因 而，将不再重复其详细描述。
控制设备30接收转矩指令值TR1和TR2、电动机转速MRN1和 MRN2、电压VB、 VL和VH以及电流IB的值，并且还接收电动机电流值 MCRT1和MCR2和启动信号IGON。
此处，转矩指令值TR1、电动机转数MRN1和电动机电流值MCRT1 与电动发电机MG1相关，转矩指令值TR2、电动机转数MRN2和电动机 电流值MCRT2与电动发电机MG2相关。
电压VB是电池B的电压，电流IB是流经电池B的电流。电压VL是 升压变压器12升压之前的电压，电压VH是升压变压器12升压之后的电 压。
控制设备30向升压变压器12提供用于命令升压的控制信号PWU、用 于命令降低电压的控制信号PWD和用于命令操作禁止的信号CSDN。
此外，控制设备30向逆变器14提供用于将从升压变压器12输出的 DC电压转换成用于驱动电动发电机MG2的AC电压的驱动指令 PWMI2，以及用于将由电动发电机MG2产生的AC电压转换成DC电压 并使该DC电压返回到升压变压器12—侧的再生指令PWMC2。
类似地，控制设备30向逆变器22提供用于将DC电压转换成用于驱 动电动发电机MG1的AC电压的驱动指令PWMI1和用于将由电动发电机 MG1产生的AC电压转换成DC电压并使该DC电压返回到升压变压器12 的一侧的再生指令PWMCl。
图2是用于具体示出图1中的动力分配设备和减速器的示意图。
参考图2，车辆驱动设备包括电动发电机MG2、连接到电动发电机 MG2的旋转轴的减速装置R、随着以由减速器RD降低的速度旋转的旋转轴旋转的车轴、发动机4、电动发电机MG1和用于在减速器RD、发动机 4和电动发电机MG1当中分配动力的动力分配设备PSD。减速器RD在从 电动发电机MG2传动到动力分配设备PSD时具有例如为2或更大的减速 比。
发动机4的曲轴50、电动发电机MG1的转子32和电动发电机MG2 的转子37绕相同的轴线旋转。
在图2所示的示例中，动力分配设备PSD是行星齿轮，包括连接到中 空太阳轮轴的太阳轮51，其中曲轴50同轴地贯穿中空太阳轮轴；相对于 曲轴50可旋转地并且同轴地设置的齿圈52;多个小齿轮53，其布置在太 阳轮51和齿圈53之间，并自转以及绕太阳轮51的外周公转；以及行星轮 架54，其连接到曲轴50的端部并支撑每个小齿轮53的旋转轴。
动力分配设备PSD具有三个动力输入/输出轴，即连接到太阳轮51的 太阳轮轴、连接到齿圈52的齿圈壳体和连接到行星轮架54的曲轴50。当 确定了这三个轴中的动力输入到其的两个轴，或者这三个轴中的从其输出 动力的两个轴时，基于输入到其它两个轴的动力或者从其它两个轴输出的 动力确定待输入到其余一个轴的动力或者待从其余一个轴输出的动力。
用于引出动力的中间驱动齿轮70设置在齿圈壳体的外侧上，以与齿 圈52—体地旋转。中间驱动齿轮70连接到动力传递/减速齿轮RG，用于 在中间驱动齿轮70和动力传递/减速齿轮RG之间传递动力。动力传递/减 速齿轮RG驱动差速齿轮DEF。在下坡等上，车轮的旋转传递到差速齿轮 DEF，动力传递/减速齿轮RG由差速齿轮DEF驱动。
电动发电机MG1包括形成旋转磁场的定子31和布置在定子31中并 具有多个埋设在其中的永久磁体的转子32。定子31包括定子芯33和缠绕 定子芯33的三相线圈34。转子32连接到与动力分配设备PSD的太阳轮 51 —体旋转的太阳轮轴。定子芯33通过层叠薄电磁钢板来形成，并固定 在未示出的壳体中。
电动发电机MG1作为电动机工作，其通过由埋设在转子32中的永久 磁体形成的磁场和由三相线圈34形成的磁场之间的互相作用来驱动转子 32旋转。此外，电动发电机MG1还作为发电机工作，其通过永久磁体的磁场和转子32的旋转之间的相互作用来在三相线圈34的相对端之间产生
电动势。
电动发电机MG2包括形成旋转磁场的定子36和布置在转子31中并 具有多个埋设在其中的永久磁体的转子37。定子36包括定子芯38和缠绕 定子芯38的三相线圈39。
转子37通过减速器RD连接到与动力分配设备PSD的齿圈52 —体旋 转的齿圈壳体。定子芯38通过层叠薄电磁钢板而形成，并固定在未示出 的壳体中。
电动发电机MG2作为发电机工作，其通过永久磁体的磁场和转子37 的旋转之间的互相作用来在三相线圈39的相对端之间产生电动势。此 外，电动发电机MG2也作为电动机工作，其通过由永久磁体形成的磁场 和由三相线圈39形成的磁场之间的互相作用驱动和旋转转子37。
减速器RD通过其中行星轮架66作为行星齿轮的旋转元件之一固定在 车辆驱动设备的壳体上的结构来进行减速。更具体地，减速器RD包括连 接到转子37的轴的太阳轮62、与齿圈52 —体旋转的齿圈68和用于将太 阳轮62的旋转传递到齿圈68的、与齿圈68和太阳轮62啮合的小齿轮 64。
例如，太阳轮62的齿数可以为齿圈68的齿数的两倍或者更多，从而 减速比可以为两倍或者更高。
图3是示出了根据本发明的实施例的用于混合动力车辆的驱动设备20 的外观的立体图。图4是图3所示的驱动设备20的平面图。
参考图3和图4，驱动设备20的壳体101被分成壳体104和壳体 102。壳体104主要用于容纳电动发电机MG1，壳体102主要用于容纳电 动发电机MG2和电力控制单元。
凸缘106形成在壳体104上，凸缘105形成在壳体102上。通过由螺 栓等将凸缘106和105固定在一起，将壳体104和102连接并一体化。
壳体102设置有用于安装动力控制单元21的开口 108。当电力控制单元被安装之后，开口 108被盖子150关闭。因此，在完成的车辆中，整个 驱动设备20被容纳在壳体101和盖子150内。
此外，电容器C2被容纳在开口 108的内左侧部分(车辆的前进方向 一侧)，动力元件板120和端子基部116和118被容纳在其中央部分，电 抗器Ll被容纳在其右部。在车辆安装状态中，开口 108由盖封闭。与上 述的相反，电容器C2可以被容纳在右部，并且电抗器L1可以被容纳在左 部。
电抗器Ll被布置在电动发电机MG1和MG2的旋转轴的一侧上，电 容器C2被布置在旋转轴的另一侧上。动力元件板120被布置在电容器C2 和电抗器Ll之间的区域中。电动发电机MG2被布置在动力元件板120下方。
动力元件板120承载控制电动发电机MG1的逆变器22、控制电动发 电机MG2的逆变器14和升压变压器的臂部分13。
沿着垂直方向层叠的电力供应汇流线布置在逆变器14和22之间的区 域中。 一个汇流线分别从逆变器M的U相臂15、 V相臂16和W相臂17 的每个延伸到连接到电动发电机MG2的定子线圈的端子基部116。类似 地，三个汇流线从逆变器22延伸到连接到电动发电机MG1的定子线圈的 端子基部118。
因为动力元件板120容易变热，所以水通道被布置在动力元件板120 下方用于对其进行冷却，并且水通道的冷却水入口 114和冷却水出口 112 设置在壳体102上。入口和出口通过将接合螺母通过凸缘106和105拧到 壳体102中来形成。
从图1的电池单元40通过电缆施加到端子43和44的电压由升压变压 器12升压，其中升压变压器12包括电抗器U和臂部分13，升压了的电 压由电容器C2平滑，并供应到逆变器14和22。
通过使用由升压变压器12升压的电池电压，可以将电池电压降低到 约200V，还可以以超过500V的高电压驱动电动发电机，因而，由于以小 电流供应电力而可以减小电力损耗，同时可以实现电动机高输出。
为了另外地将作为驱动设备20的升压变压器12与逆变器14和22以及电动发电机MG1和MG2集成在一起，必须对作为比较大的部件的电抗 器Ll和电容器C2的布置的位置进行考虑。
布置在动力元件板120上的动力元件(IGBT元件)由于电力转换的 开关操作而产生电磁噪声。因此，需要用于不使电磁噪声从驱动设备20 的壳体外泄的结构。
图5概念性地示出了根据本发明实施例的用于防止驱动设备中的电磁 噪声泄漏的结构。图5A示出了与在前述的专利文件1中公开的相似的对 比例，并且具体示出了用于与逆变器集成的混合动力车辆驱动设备中的电 磁噪声的泄漏防止结构的示例。图5B示出了根据本发明的实施例的结 构。
参考图5A,对比例的驱动设备包括形成用于电动发电机的容纳空间 MS的壳体构件CS1和形成用于诸如逆变器的动力控制单元的容纳空间IS 的壳体构件CS2，并且这些壳体构件CS1和CS2彼此独立地制造。如图所 示，壳体构件CS1和CS2中的每一个需要用于取出将逆变器和电动发电机 电连接在一起的互连线或汇流线。固定构件fx将壳体构件CS1和CS2连 接在一起，使得包括电动发电机的驱动设备与逆变器集成。
壳体构件CS2在其上部设置有用于安装动力控制单元的开口。此开口 通过固定构件fx由连接到壳体构件CS2的盖构件CV最终封闭。由此，包 括逆变器的动力控制单元相对于驱动设备20的外部空间由壳体构件CS2 和盖构件CV封闭。
但是，在对比例的结构中，存在如下的可能性，即，电磁噪声不仅通 过壳体构件CS2和盖构件CV的连接部分(配合表面)FS1泄漏，而且通 过壳体构件CS2和CS1的连接部分(配合表面)FS2泄漏。因此，对于配 合表面FS1和FS2中的每一个，需要用于防止电磁噪声的合适的连接结 构。
但是，在根据本发明的实施例的驱动设备中，如从图5B可以看到 的，壳体CSO具有如下结构，其中，形成用于电动发电机的容纳空间MS 的电机容纳部分CM与形成用于包括逆变器的动力控制单元的容纳空间IS 的逆变器容纳部分CI 一体形成。更具体地，壳体CS0没有对应于图5A中的配合表面FS2的部分，并且具有彼此连续地形成的逆变器容纳部分CI
和电机容纳部分CM。具有这样形成的一体结构的壳体CS0由铝合金的铸
造来制造。
此外，盖构件CV类似于图5A中的结构来布置。因此，包括逆变器 的动力控制单元由壳体CS0与驱动设备20的外部隔离，所述壳体CS0具 有彼此一体形成的逆变器容纳部分CI和电机容纳部分CM，以及盖构件cv。
因此，图5B中所示的结构与图5A中所示的结构的不同之处在于，不 存在用于将独立的壳体构件连接在一起的配合表面，因而可以有效地防止 电磁噪声从动力控制单元外泄到驱动设备20外部。结果，可以减小对抗 电磁噪声泄漏的措施所需的成本，并且防止电磁噪声从驱动设备外泄。
现在将对壳体中的驱动设备20的部件的布置进行详细描述。
图6是从图5的方向XI观察的驱动设备20的侧视图。
参照图6，壳体102设置有用于安装电动发电机和用于维护的开口
109。当车辆安装状态中，开口 109由盖子(没有示出)封闭。
电动发电机MG2布置在开口 109内。转子37布置在定子36中，U、
V和W相的汇流线连接到定子36。在转子37的中央部分，可以看见中空
轴60。
如图6所示，电动发电机MG2的定子36大幅度地伸入壳体102的容 纳动力控制单元21的空间IS中。因此，电抗器Ll和电容器C2分别布置 在电动发电机MG2的相对两侧上，由此可以高效地容纳大的部件。这可 以实现用于混合动力车辆的紧凑驱动设备。
此外，上述形成动力控制单元21的容纳空间的开口通过固定构件， 即螺栓152，由固定到壳体102的盖150封闭。如已经参考图5B描述的， 壳体102具有如下结构，其中，限定电动发电机MG2的容纳空间(容纳 腔)MS的容纳部分与限定动力控制单元21的容纳空间(容纳腔)IS的容 纳部分一体形成。 一体形成的壳体102与盖150之间的配合表面必须被构造为防止电磁噪声从内部泄漏。
图7是沿图4中的线VII-VII所取的横截面。
图7示出了电动发电机MG2的横截面和容纳动力控制单元21的容纳 腔的横截面。
用于混合动力车辆的驱动设备包括电动发电机MG2;电动发电机
MG1，其布置在图7中的电动发电机MG2的后方，并且具有与电动发电 机MG2的转子同轴的转子；动力分配设备，其与曲轴同轴布置，并且位 于电动发电机MG1和MG2之间；以及动力控制单元21，其控制电动发电 机MG1和MG2。动力控制单元21具有电抗器L1和平滑电容器C2，其以 分开的方式分别布置在电动发电机MG2的旋转中心轴的两侧。电动发电 机MG1和MG2，动力分配设备和动力控制元件21以集成方式容纳在金属 壳体中。
为了防止电动发电机MG2的润滑油朝向动力元件板120的泄漏，壳 体102在两个空间之间设置有隔断200。隔断200在其顶表面设置有用于 冷却动力元件板120的水通道122。水通道122与已经描述过的冷却水入 口 114和冷却水出口 112连通。
汇流线128将负电源电势从端子44传递到动力元件板120。另一个汇 流线(没有示出)将正电源电势从端子43传递到电抗器L1。
承载减速齿轮的旋转轴130的部分伸入容纳此动力控制单元的容纳腔中。
现在将描述电动发电机MG2的横截面。在定子的径向内部，定子36 的线圈39的绕组部分是可视的，在绕组部分的径向内部，转子37、壳体 隔断202和中空轴60是可视的。
图8是沿图4的方向X2观察到的驱动设备20的侧视图。在图7中， 控制动力元件的控制板121被布置在动力元件板上方。
图9是沿图4中的线IX-IX所取的横截面。
参考图8和9，发动机的曲轴50被连接到减振器124，减振器124的 输出轴被连接到动力分配设备PSD。
减振器124、电动发电机MG1、动力分配设备PSD、减速器以及电动发电机MG2从靠近发动机的一侧朝向另一侧依次同轴地布置。电动发电
机MG1的转子32具有中空轴，其中，减振器124的输出轴延伸穿过所述 中空轴。
电动发电机MG1的转子32的轴与位于靠近动力分配设备PSD—侧的 太阳轮51花键配合。减振器124的轴被连接到行星轮架54，其承载用于 围绕减振器124的轴公转的小齿轮51的旋转轴。小齿轮53与太阳轮51和 图2中的形成在齿圈壳体的内周上的齿圈52啮合。
电动发电机MG2的转子轴60的靠近减速器RD的部分被花键装配到 太阳轮62。减速器RD的行星轮架66被固定到壳体102的隔断202。行星 轮架66承载小齿轮64的旋转轴。小齿轮64与太阳轮62和图2中的形成 在齿圈壳体的内周上的齿圈68啮合。
如从图9可看到的，电动发电机MG1和减振器124可以通过壳体104 的图9中的右侧的开口 111安装，而电动发电机MG2可以通过壳体102 的左侧开口 109安装。减速器RD和动力分配设备PSD可以通过凸缘105 和106的配合面来安装。
壳体102的开口 109由盖71、液体密封垫密闭，用于防止润滑油泄 漏。盖72被布置在壳体104的开口 111的后方，并且容纳电动发电机 MG1的空间由油密封81、液体密封垫等密闭，用于防止润滑油的泄漏。
电动发电机MG1的转子32的轴由盖72所保持的球轴承78和隔断 203所保持的球轴承77以可旋转方式承载。转子32具有中空轴，减振器 124的轴延伸穿过所述中空轴。滚针轴承79和80被布置在转子32的轴和 减振器124的轴之间。
电动发电机MG2的转子37的轴由盖71所保持的球轴承73和隔断 202所保持的球轴承74以可旋转方式承载。
齿圈壳体由隔断202所保持的球轴承75和隔断203所保持的球轴承 76以可旋转方式承载，所述齿圈壳体在其内周设置有减速器RD的齿圈和 动力分配设备PSD的齿圈。
容纳动力控制单元21的腔和容纳电动发电机MG2的腔由壳体102的 隔断202彼此分开，但是经由一通孔部分连接，端子基部116被插入所述通孔中。电动发电机MG2的定子线圈的汇流线被连接到端子基部116的 一侧，逆变器14的汇流线被连接到端子基部116的另一侧。为了允许这 些汇流线的电连接，导电构件延伸穿过端子基部116。因此，端子基部 116被构造成通过电流，而不允许来自电动发电机MG2侧的润滑油成分通 过。
类似地，端子基部118将容纳动力控制单元的空间和容纳电动发电机 MG1的空间连接在一起，以通过电流而不通过润滑油成分。 图10是沿图4中的线X-X所取的横截面。
参考图10，电抗器Ll的截面被示于容纳动力控制单元21的容纳腔 中。电抗器L1具有由电磁钢片的层叠形成的芯和缠绕其的线圈。
图7所示的减速齿轮RG的旋转轴130被布置在电抗器L1附近，并且 减速齿轮RG的反转从动齿轮132被布置在中央位置。反转从动齿轮132 与图2中的反转驱动齿轮70啮合。终级驱动齿轮133被布置在与反转从动 齿轮132同一轴上，并且差速齿轮DEF被示为处于终级驱动齿轮133的下 方，所述差速齿轮DEF是与终级驱动齿轮133啮合的终级从动齿轮。
图11是沿旋转轴线的方向投影的壳体视图，并且具体示出了壳体和 其中容纳的部件的外廓。
图11示出了车辆的驱动设备的壳体内部的如下装置连接到内燃机 的曲轴的减振器124;电动发电机MG2，其具有与减振器124同轴的转子 和围绕转子布置的定子；动力分配设备PSD，其接收来自减振器124和电 动发电机MG2的转矩；减速齿轮RG，其具有与减振器124的旋转轴线基 本平行地延伸并且沿径向从减振器124的旋转轴线移位的旋转轴，并且接 收来自动力分配设备PSD的转矩；差速齿轮DEF，其具有与减振器124的 旋转轴线基本平行地延伸并且沿径向从减振器124的旋转轴线移位的旋转 轴，并且与减速齿轮RG啮合，用于将转矩传递到车轮；控制电动发电机 MG2的板120;以及包括电抗器Ll和电容器C2的动力控制单元21。该 壳体容纳减振器124、电动发电机MG2、减速齿轮RG、差速齿轮DEF以 及动力控制单元21。
在作为沿旋转轴线的方向投影的壳体视图的图11中，处于车辆安装状态中的车辆驱动设备具有水平尺寸X3，其被确定为从容纳差速齿轮
DEF的壳体部分的外边缘到容纳减振器124的壳体104的外边缘之间的尺 寸。因此，可以理解，形成动力控制单元的电容器C2、板120和电抗器 Ll位于尺寸X3以内。
在图11中，处于车辆安装状态中的驱动控制设备具有垂直尺寸或高 度Y3。容纳差速齿轮DEF的壳体部分的外边缘限定了尺寸Y3的下端。 容纳减振器124的壳体部分的外边缘限定了尺寸Y3的上端。因此，可以 理解，形成动力控制单元21的电容器C2、板120和电抗器Ll位于尺寸 Y3以内。
在沿旋转轴线的方向投影的壳体视图中，处于车辆安装状态中的容纳 动力控制单元21的壳体部分的高度不超过容纳减振器124、电动发电机 MG2、减速齿轮RG和差速齿轮DEF的剩余壳体部分的空间的高度。确定 壳体的结构和动力控制单元21的布置，以满足此高度关系。由此，车辆 可以具有较低的重心，并且可以提高驾驶稳定性。
并且，对于车辆安装状态中的水平方向，确定壳体的结构和动力控制 单元21的布置，使得容纳动力控制单元21的壳体部分位于其余壳体部分 的空间的投影部分内。由此，车辆驱动设备具有小的外廓。
图12是沿垂直于旋转轴线并且垂直于垂直方向的方向投影的壳体视 图，并且具体示出了壳体和其中容纳的部件的外廓。
参考图12，在车辆安装状态中的壳体的沿垂直于垂直方向的尺寸Z3 被类似地定义为从容纳电动发电机MG2的壳体部分的盖的外边缘到容纳 减振器124的壳体部分的外边缘，并且可以理解，形成动力控制单元21的 电容器C2、板120和电抗器L1位于尺寸Z3以内。
因此，如已经参考图11所述的，沿垂直(即，高度)方向的尺寸Y3 由容纳减振器124、电动发电机MG2、减速齿轮RG和差速齿轮DEF的部
分确定。在沿垂直于旋转轴线并且垂直于垂直方向的方向投影的壳体视图 中，容纳包括板120、电抗器Ll和电容器C2的动力控制单元21的壳体部 分被容纳在剩余壳体部分(即，容纳减振器124、电动发电机MG2、减速 齿轮RG和差速齿轮DEF的部分)的空间中。如上所述，利用围绕其中除了电动发电机MG1和MG2、减速器RD 和动力分配设备PSD之外还布置减速齿轮RG和差速齿轮DEF的结构剩 余的空间，布置动力控制单元的部件，即动力元件板120、电抗器L1以及 电容器C2。由此，混合动力车辆的驱动设备可以具有小的高度和紧凑的 结构。
如图ll所示，电动发电机MG2的两侧的空间被分别用于布置电抗器 Ll和电容器C2，并且不使用仅仅利用一侧的空间的结构。因此，可以提 高对于电动发电机MG2的重量平滑，并且可以进一步减小所需空间。
动力分配设备PSD、接收来自动力分配设备PSD的转矩的减速齿轮 RG以及与减速齿轮RG啮合以将转矩传递到车轮的差速齿轮DEF作为一 个整体对应于"动力传输机构"，所述动力传输机构将由电动发电机MG1 和MG2产生的动力与由发动机产生的动力进行合成，并且将合成的动力 传输到驱动轴。
减速齿轮RG和差速齿轮DEF中的每一个对应于接收来自动力分配设 备PSD的转矩的动力传输齿轮。但是，减速齿轮RG和差速齿轮DEF不 是必要的，并且本发明可以应用于没有减速齿轮RG的车辆或者具有没有 与驱动设备集成的差速齿轮DEF的后驱动车辆。
此外，本发明可以应用于当发动机正在加速时将电动机用于辅助驱动 的并行混合动力车辆，以及可以应用于其中仅仅一个电动机被集成在驱动 设备中的结构。
根据本发明的实施例，如上所述，用于混合动力车辆的驱动设备的壳 体，并且特别是与包括逆变器的动力控制单元集成的壳体具有电动发电机 容纳部分和动力控制单元(逆变器)容纳部分，所述电动发电机容纳部分 和动力控制单元(逆变器)容纳部分被一体地形成，从而可以防止电磁噪 声从驱动设备外泄。
根据上述的驱动设备的结构，包括驱动设备的混合动力车辆可以保持 低的重心，并且与常规结构相比，可以提高车辆的驾驶稳定性。此外，可 以减小发动机舱中所需的空间。
通过利用除了变速驱动桥之外的剩余空间，即除了电动发电机MG2和动力分配设备之外的空间，包括逆变器的动力控制单元可以被布置成占 据下方的和紧凑的空间。因此，变速驱动桥部分可以具有与常规汽油动力 车辆的相近的形状或外廓，从而可以获得可以被安装在多种车辆上的用于 混合动力车辆的驱动设备。
虽然已经详细描述和说明了本发明，但是因该理解，这里描述和说明 仅仅是举例和示例，而不是限制性的，本发明的范围所附权利要求限定。
权利要求
1.一种用于混合动力车辆的驱动设备，包括旋转电机；动力传递机构，其将由所述旋转电机产生的动力与由内燃机产生的动力进行合成，并且向驱动轴提供合成的所述动力；动力控制单元，其控制所述旋转电机；壳体，其具有第一容纳部分和第二容纳部分，所述第一容纳部分用于容纳所述动力控制单元，所述第二容纳部分用于至少容纳所述旋转电机，并且与所述第一容纳部分一体形成；以及盖构件，其固定到所述壳体，并且覆盖所述第一容纳部分中的开口。
2. 如权利要求1所述的用于混合动力车辆的驱动设备，还包括 减振器，其连接到所述内燃机的曲轴，其中 所述旋转电机具有与所述减振器的旋转轴线匹配的旋转轴线， 所述第二容纳部分被构造来容纳所述旋转电机、所述减振器和所述动力传递机构，并且在沿与所述旋转轴线的方向垂直并与车辆安装状态下竖直方向垂直的 方向投影所得到的视图中，所述第一容纳部分被布置成使得所述动力控制 单元位于所述第二容纳部分在所述车辆安装状态下的竖直尺寸内。
3. 如权利要求1所述的用于混合动力车辆的驱动设备，其中 所述动力控制单元还包括电路板，所述电路板承载对应于所述旋转电机布置并且在车辆安装状态下布置在所述旋转电机上方的逆变器的动力元 件。
4. 如权利要求1所述的用于混合动力车辆的驱动设备，其中 所述动力控制单元包括对应于所述旋转电机布置的逆变器以及配置来产生所述逆变器的输入电压的变压器；并且 所述变压器包括电抗器，其布置在所述旋转电机的所述旋转轴线的一侧；以及 电容器，其布置在所述旋转电机的所述旋转轴线的另一侧。
5. 如权利要求4所述的用于混合动力车辆的驱动设备，其中 所述动力控制单元还包括电路板，所述电路板的至少一部分布置在所述电抗器与所述电容器之间的区域中，并且所述电路板承载所述逆变器和 所述变压器的动力元件。
6. 如权利要求1所述的用于混合动力车辆的驱动设备，还包括 减振器，其连接到所述内燃机的曲轴，其中所述旋转电机具有与所述减振器的旋转轴线匹配的旋转轴线，并且 在沿所述旋转轴线的方向投影所得到的视图中，所述动力控制单元被 布置在所述壳体中，使得所述动力控制单元位于容纳所述减振器、所述旋 转电机和所述动力传递机构的部分在车辆安装状态下的水平尺寸内。
7. 如权利要求1所述的用于混合动力车辆的驱动设备，还包括 减振器，其连接到所述内燃机的曲轴，其中所述旋转电机具有与所述减振器的旋转轴线匹配的旋转轴线，并且 在沿所述旋转轴线的方向投影所得到的视图中，所述动力控制单元被 布置在所述壳体中，使得所述动力控制单元位于容纳所述减振器、所述旋 转电机和所述动力传递机构的部分在车辆安装状态下的垂直尺寸内。
全文摘要
用于整体地容纳电动发电机和逆变器的壳体(CSO)包括形成逆变器容纳空间(IS)的容纳部分CI和形成电动机容纳空间MS的容纳部分CM。壳体(CSO)具有其中容纳部分(CI和CM)被一体形成的结构。由此，用于具有以一体方式容纳的逆变器和电动发电机的混合动力车辆的驱动设备防止了逆变器的电磁噪声从驱动设备外泄。
文档编号B60L15/00GK101296814SQ20068004031
公开日2008年10月29日 申请日期2006年10月26日 优先权日2005年10月28日
发明者吉田忠史 申请人:丰田自动车株式会社