УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ
ELECTRIC VEHICLE POWER FEEDER

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройствам передачи мощности, применимым к электромобилям, с мерами для предотвращения излучения высокочастотного шума.
Уровень техники
Известно, что в электромобиле, оснащенном электродвигателем в качестве источника мощности приведения в движение, инвертор для управления электродвигателем формирует высокочастотный шум (иначе называемый "радиошумом"), и система привода от электродвигателя, включающая в себя трансмиссии, подвески и т.п., может быть антеннами, которые излучают высокочастотный шум, что приводит к отрицательному влиянию на радиоприем.
Следующий документ раскрывает предшествующий уровень техники, который предлагает применение щетки в электрическом контакте с выходным валом электродвигателя и заземление щетки через кузов транспортного средства.
Патентные документы
PTL 1: Выложенная не прошедшая экспертизу заявка на патент Японии № 2006-320129.
Техническая задача
В указанном предшествующем уровне техники предполагается, что выходной вал вместе с электродвигателем успешно заземляется через щетку, и тем самым распространение шума предотвращается. Тем не менее, было обнаружено, что шум дополнительно исходит от выходного вала в направлении системы передачи мощности и подвесок и излучается наружу.
Было дополнительно изучено распространение шума в кузове транспортного средства и выяснено, что электрическое сопротивление в щетке не является достаточно низким, и, следовательно, шум может протекать за пределы части, с которой контактирует щетка. Чтобы уменьшать распространение шума, весьма перспективно уменьшать сопротивление в щетке. Тем не менее, уменьшение электрического сопротивления в щетке не может быть легко достигнуто.
Настоящее изобретение создано с учетом вышеизложенной проблемы. Задачей настоящего изобретения является создание устройства передачи мощности, применимого к электромобилям, которое подавляет распространение шума от инвертора через трансмиссию на ведущие валы и в подвески, тем самым уменьшая излучение шума наружу.
Решение задачи
Согласно аспекту настоящего изобретения устройство передачи мощности для транспортного средства содержит: электродвигатель, включающий в себя вал ротора и статор, имеющий электромагнитную катушку; инвертор, выполненный с возможностью генерирования переменного тока и соединенный с катушкой для обеспечения управляемого вращения вала ротора относительно статора; редуктор, включающий в себя входной вал, соединенный с валом ротора и вращаемый посредством него, выходной вал и шестерни, зацепляемые так, что они передают крутящий момент входного вала на выходной вал; и путь заземления, электрически соединяющий часть редуктора с кузовом транспортного средства, причем указанная часть расположена так, что входной вал электрически размещен между этой частью и валом ротора.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематичный вид электромобиля с устройством передачи мощности согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, который конкретно показывает взаимосвязь между устройством передачи мощности, колесами и землей;
Фиг. 2 - увеличенный вид в поперечном сечении устройства передачи мощности вокруг щеток;
Фиг. 3 - схематичный чертеж электромобиля без мер для противодействия высокочастотному шуму, который схематично показывает тракты распространения шума;
Фиг. 4 - схематичный чертеж эквивалентной схемы относительно электромобиля с устройством передачи мощности согласно первому варианту осуществления;
Фиг. 5A - иллюстрация подавления шумов, когда электромобиль движется со скоростью 5 км/ч;
Фиг. 5B - иллюстрация подавления шумов, когда электромобиль движется со скоростью 40 км/ч;
Фиг. 6 - схематичный вид электромобиля с устройством передачи мощности согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 7 - схематичный вид электромобиля с устройством передачи мощности согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 8A - планетарная передача, используемая в устройстве передачи мощности согласно третьему варианту осуществления;
Фиг. 8B - иллюстрация оборотов соответствующих элементов шестерни планетарной передачи; и
Фиг. 9 - схематичный вид резистора и связанных элементов согласно модифицированному варианту осуществления.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Примерные варианты осуществления настоящего изобретения далее описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показано устройство передачи мощности для электромобиля согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Устройство передачи мощности первого варианта осуществления содержит электродвигатель 1, инвертор 2, первый редуктор 3, включающий в себя множество соединительных муфт и зацепляющихся частей 4, выступающих в качестве резисторов, и путь 5 заземления.
Электродвигатель 1 состоит из корпуса 1a электродвигателя, вала 1b ротора, поддерживаемого с возможностью вращения посредством корпуса 1a электродвигателя, ротора 1c, соединенного с возможностью приведения во вращение с валом 1b ротора, и статоров 1e, крепящихся к корпусу 1a электродвигателя. Каждый статор 1e имеет электрическую катушку 1d, обмотанную вокруг него. Ротор 1c соответственно состоит из множества постоянных магнитов, вращаемых посредством магнитного поля, сформированного посредством катушек 1d. В частности, любой синхронный электродвигатель с постоянными магнитами может применяться к электродвигателю 1.
Инвертор 2 соединяется с катушками 1d электродвигателя 1 через трехфазный силовой кабель 6 и, в свою очередь, соединяется с аккумуляторной батареей 7 через силовой кабель 8. Инвертор 2 включает в себя переключающие устройства, которые преобразуют постоянный ток, подаваемый посредством аккумулятора 7, в переменный ток и дополнительно преобразуют переменный ток из электродвигателя 1 в постоянный ток. Таким образом, инвертор 2 формирует переменный ток, чтобы приводить во вращение электродвигатель 1, когда транспортное средство набирает скорость, и дополнительно регенерирует электроэнергию из кинетической энергии транспортного средства, когда транспортное средство замедляется.
Первый редуктор 3 является зубчатым редуктором и располагается между валом 1b ротора и выходными валами 3d, соответственно соединенными с колесами 9, тем самым передавая крутящий момент от вала 1b ротора на выходные валы 3d с уменьшением скорости. Конечно, первый редуктор 3 может быть ускоряющим редуктором или изокинетическим редуктором.
Первый редуктор 3 включает в себя комбинацию валов и шестерен, все из которых, в общем, размещаются посредством картера 3a редуктора. Валы включают в себя входной вал 3b, соединенный с возможностью приведения во вращение и вращаемый посредством вала 1b ротора, промежуточный вал 3c и выходные валы 3d для приведения в во вращение колес 9 в общем. Шестерни включают в себя входную шестерню 3e на валу 3b, первую промежуточную шестерню 3f на валу 3c, зацепляющуюся с входной шестерней 3e, вторую промежуточную шестерню 3g также на валу 3c и ведущую шестерню 3h на выходных валах 3d, зацепляющуюся со второй промежуточной шестерней 3g. Чтобы обеспечивать дифференциальное результирующее движение между правым и левым колесами, дифференциал 3i располагается между ведущей шестерней 3h и выходными валами 3d. Таким образом, шестерни зацепляются так, что они передают крутящий момент входного вала 3b на выходные валы 3d. Конечно, редуктор 3 может состоять из меньшего или большего числа валов и шестерен.
Как следует понимать из вышеприведенного описания, редуктор 3 включает в себя множество зацепляющихся частей, а именно зацепляющуюся часть 4d, в которой шестерня 3e зацепляется с шестерней 3f, и зацепляющуюся часть 4e, в которой шестерня 3g зацепляется с шестерней 3h. Эти зацепляющиеся части 4d и 4e по сути имеют намного большие электрические сопротивления, чем электрические сопротивления валов и шестерен, тем самым выступая в качестве резисторов. Дополнительно, хотя редуктор 3 дополнительно может иметь шлицевую муфту 4a для соединения с валом 1b ротора и выходные соединительные муфты 4b, 4c для соответствующего соединения с ведущими валами 3d', эти соединительные муфты 4a, 4b, 4c также выступают в качестве резисторов.
Путь 5 заземления включает в себя одну или более щеток 5a, одну или более выводных линий 5e и соединительную линию 5b. Щетки 5a поддерживают скользящий контакт и, следовательно, электрически соединены с концом 3c' промежуточного вала 3c. Выводные линии 5e электрически соединены как с щетками 5a, так и с картером 3a редуктора. Соединительная линия 5b устанавливает электрическое соединение картера 3a редуктора с кузовом 10 транспортного средства. Таким образом, щетки 5a, выводные линии 5e и соединительная линия 5b в сочетании с картером 3a редуктора составляют путь 5 заземления для электрического заземления части первого редуктора 3. Между тем, на фиг. 1 дополнительно проиллюстрированы левая и правая подвески 11.
Подробности щеток 5a и связанных частей далее будут дополнительно описаны со ссылкой на фиг. 2.
Промежуточный вал 3c поддерживается с возможностью вращения посредством картера 3a редуктора с шариковым подшипником 13, размещенным между ними. Промежуточный вал 3c соединяется посредством шлицевой муфты в камере 3j редуктора внутри кожуха 3a так, что он зацепляется с возможностью приведения во вращение с первой промежуточной шестерней 3f. На противоположной стороне относительно подшипника 13 предоставляется масляное уплотнение 14 с тем, чтобы герметизировать масло в кожухе 3a. Любое средство недопущения смещения, например пружинное стопорное кольцо 15, крепится к концу 3c' промежуточного вала 3c. Конец 3c' предпочтительно является более продолговатым наружу, при этом щетки 5a, предпочтительно предоставляемые в паре, поддерживают контакт с промежуточным валом 3c.
Крышка 16 присоединена к кожуху 3a так, что она закрывает щетки 5a и конец 3c'. Крышка 16 и картер 3a редуктора охватывают камеру 17 щетки, и крышка 16 предпочтительно состоит из разъема 12 сапуна, чтобы обеспечивать вентиляцию воздуха.
В камере 17 щетки, кожух 5c щетки из электрически непроводящего материала крепится к картеру 3a редуктора посредством продолговатой части 3a' кожуха 3a с помощью крепежного средства, такого как болт. Каждая щетка 5a вместе со сжатой пружиной 5d размещается в кожухе 5c щетки и таким образом поджимается к концу 3c' промежуточного вала 3c. Выводные линии 5e, соединенные с щетками 5a, выводятся из кожуха 5c щетки и электрически соединяются с картером 3a редуктора.
Далее описывается то, как настоящий вариант осуществления подавляет излучение шума.
Как описано выше, известно, что в электромобиле или так называемом гибридном транспортном средстве, инвертор для управления электродвигателем формирует высокочастотный шум, и система привода от электродвигателя, включающая в себя систему трансмиссии и подвески, может быть антеннами, которые излучают высокочастотный шум, что приводит к отрицательному влиянию на радиоприем.
Фиг. 3 схематично иллюстрирует такое излучение шума. Инвертор включает в себя переключающие устройства, которые многократно включают и выключают электрический ток, тем самым формируя переменный ток. Каждый раз, когда переключающие устройства включают электрический ток, резкие передние фронты возникают в электрическом токе и, в свою очередь, приводят к высокочастотному шуму. Высокочастотный шум, как проиллюстрировано посредством жирных линий на фиг. 3, проходит через силовой кабель PC и катушку MC электродвигателя к валу MS ротора электродвигателя M. Без мер противодействия высокочастотному шуму шум дополнительно проходит через входную шестерню IG, промежуточный вал CS, дифференциал DG и ведущие валы DS к подвескам S транспортного средства. Эти шумопроводящие пути в целом выступают в качестве антенны для излучения шума наружу.
Если используется заземленная щетка, то может быть нарисована эквивалентная схема так, как показано на фиг. 4. Выходное напряжение V2 шума, присутствующего в точке CP соединения, в которой щетка контактирует с любой частью устройства передачи мощности, представляется посредством уравнения:
<mrow />
V2={ZB/(ZB+ZR)}*V1
(1)
где V1 - напряжение шума, присутствующего на валу 1b ротора, ZR - сопротивление, присутствующее между валом 1b и точкой CP соединения, и ZB - сопротивление через щетку по направлению к земле.
Чем ниже напряжение V2, тем меньший шумовой ток протекает за пределы точки соединения к ведущему валу DS. Таким образом, подавление напряжения V2 требуется для подавления излучения шума.
Как следует понимать из уравнения (1), как увеличение сопротивления ZR, так и снижение сопротивления ZB является эффективным в подавлении напряжения V2 в точке CP соединения, что приводит к подавлению излучения шума, как описано выше.
Если щетка контактирует с валом ротора, как в области техники, раскрытой в PTL 1, фактически отсутствует резистивный элемент между валом 1b ротора и точкой CP соединения. Таким образом, сопротивление ZR является относительно низким, и сопротивление ZB является относительно высоким. Значительный уровень шума может протекать за пределы точки CP соединения к ведущему валу DS, где излучается шум.
В отличие от этого согласно настоящему варианту осуществления поскольку щетки 5a поддерживают электрический контакт с концом 3c' промежуточного вала 3c, соединительная муфта 4a и зацепляющаяся часть 4d электрически размещаются между валом 1b ротора и частью, в которой заземленные щетки 5a электрически контактируют с промежуточным валом 3c. Соединительная муфта 4a и зацепляющаяся часть 4d имеют очень высокое сопротивление, как описано выше. Таким образом, сопротивление ZR задается относительно высоким, тем самым уменьшая уровень шумового напряжения V2 и подавляя шумовой ток, протекающий за пределы точки CP соединения.
Щетки 5a могут быть расположены в любом местоположении в первом редукторе 3, если один или более электрически резистивных элементов электрически размещаются между валом 1b ротора и частью, в которой заземленные щетки 5a электрически контактируют с первым редуктором 3. В качестве резистивных элементов могут быть проиллюстрированы зацепляющиеся части между любыми зацепляющимися шестернями, соединительные муфты и любые сопротивления, соединенные последовательно на валу или в шестерне. Эта конструкция эффективно подавляет излучение шума.
Эффект подавления шумов дополнительно демонстрируется на фиг. 5A и 5B. Каждый чертеж сравнивает три случая: (A) вал 1b ротора заземлен в местоположении A, показанном на фиг. 1; (B) входной вал 3b заземлен в местоположении B; и (C) промежуточный вал 3c заземлен в местоположении C (настоящий вариант осуществления). Фиг. 5A показывает случаи, в которых транспортное средство движется со скоростью 5 км/час, а фиг. 5B показывает случай, в котором транспортное средство движется со скоростью 40 км/час. Каждая ось ординаты представляет интенсивности излучаемого шума, измеряемые в децибелах относительно стандартной интенсивности.
Как фиг. 5A, так и фиг. 5B иллюстрирует то, что случай (A) (вал 1b ротора заземлен) предоставляет наибольшие интенсивности шума. В случае (B) (входной вал 3b заземлен) по сравнению со случаем (A), интенсивности шума подавляются. В случае (C) (промежуточный вал 3c заземлен) интенсивности шума подавляются в еще большей степени.
Помимо указанных преимуществ настоящий вариант осуществления дополнительно обеспечивает следующие преимущества.
Масляное уплотнение 14 располагается между камерой 3j редуктора, в которой циркулирует смазочное масло, и камерой 17 щетки, которая размещает щетки 5a, тем самым разделяя эти камеры. Таким образом, масло не оказывает негативное влияние на электрическую неразрывность между щетками 5a и промежуточным валом 3c, и дополнительные фрагменты, счищаемые с щеток 5a или промежуточного вала 3c, не оказывают негативное влияние на смазку в камере 3j редуктора.
Поскольку сапун 12 устанавливает вентиляцию между камерой 17 щетки и внешней средой, разность давлений между ними эффективно предотвращается. Это приводит к предотвращению утечки масла в камеру 17 щетки, что может быть обусловлено дифференциальным давлением.
В первом варианте осуществления используется зубчатый редуктор с тремя валами. Альтернативно, может быть использован редуктор с четырьмя или более валами. Фиг. 6 иллюстрирует второй вариант осуществления, в котором электромобиль включает в себя второй редуктор 23 из зубчатого редуктора с четырьмя валами.
Второй редуктор 23 располагается между валом 1b ротора и выходными валами 23e, соединенными с колесами 9, тем самым передавая крутящий момент из вала 1b ротора на выходные валы 23e с уменьшением скорости.
Второй редуктор 23 включает в себя комбинацию валов и зацепляющихся шестерен, все из которых, в общем, размещаются посредством картера 23a редуктора. Валы включают в себя входной вал 23b, соединенный с возможностью приведения во вращение и вращаемый посредством вала 1b ротора, первый промежуточный вал 23c, второй промежуточный вал 23d и выходные валы 23e для приведения в движение колес 9 в общем. Шестерни включают в себя входную шестерню 23f на входном валу 23b, первые промежуточные шестерни 23g, 23h на первом промежуточном валу 23c, одна из которых зацепляется с входной шестерней 23f, вторые промежуточные шестерни 23i, 23j на втором промежуточном валу 23d, одна из которых зацепляется с первой промежуточной шестерней 23h, и ведущую шестерню 23h на выходных валах 23e, зацепляющуюся со второй промежуточной шестерней 23j. Чтобы обеспечивать дифференциальное результирующее движение между правым и левым колесами, дифференциал 23m располагается между ведущей шестерней 3h и выходными валами 23e. Таким образом, шестерни зацепляются так, что они передают крутящий момент входного вала 23b на выходные валы 23e. Конечно, редуктор 23 может состоять из меньшего или большего числа валов и шестерен.
Редуктор 23 включает в себя шлицевую муфту 4a, зацепляющиеся части 4d, 4e, 4f, при этом шестерни 23f, 23g, 23h, 23i, 23j, 23k зацепляются друг с другом, и выходные соединительные муфты 4b, 4c, все из которых являются электрически резистивными.
Путь 5 заземления включает в себя одну или более щеток 5a в скользящем контакте с концом 23d' второго промежуточного вала 23d. Щетки 5a заземлены через картер 3a редуктора и соединительную линию 5b, тем самым заземляя второй промежуточный вал 23d. Конечно, местоположение щеток 5a может быть модифицировано так, что они электрически заземляют любой другой вал 23b, 23c или 23e.
Второй вариант осуществления предоставляет преимущества, идентичные преимуществам первого варианта осуществления.
Альтернативно, эпициклическая передача или планетарная передача может быть использована вместо зубчатых редукторов системы с параллельными валами. Фиг. 7 иллюстрирует третий вариант осуществления, в котором используется редуктор 33 с планетарной передачей.
Устройство передачи мощности третьего варианта осуществления содержит электродвигатель 1, инвертор 2, редуктор 33, включающий в себя электрически резистивные элементы 4, и путь 5 заземления. Помимо редуктора 33, компоненты, как описано выше, могут применяться к этим компонентам 1, 2 и 5, и, следовательно, их подробные описания опускаются.
Редуктор 33 располагается между валом 1b ротора электродвигателя 1 и выходными валами 33d, тем самым передавая крутящий момент из вала 1b ротора на выходные валы 33d.
Редуктор 33 включает в себя комбинацию валов и зацепляющихся шестерен, все из которых, в общем, вмещаются посредством картера 33a редуктора. Валы включают в себя входной вал 33b, цилиндрический вал 33c, расположенный коаксиально с входным валом 33b, и выходной вал 33d. Шестерни включают в себя планетарную передачу с сателлитами одного типа, которая состоит из солнечной шестерни 33e, сателлитов 33f, зацепляющихся и вращающихся вокруг солнечной шестерни 33e, коронной шестерни 33g, зацепляющейся с сателлитами 33f, и выходной шестерни 33h для вывода. Водило 33k сателлитов удерживает сателлиты 33f, и цилиндрический вал 33c крепится к нему. Редуктор 33 дополнительно включает в себя дифференциал, имеющий ведущую шестерню 33i, зацепляющуюся с выходной шестерней 33h.
Коронная шестерня 33g крепится к картеру 33a редуктора посредством соединительного элемента 5f, как показано на фиг. 7 и 8A. Следовательно, когда солнечная шестерня 33e вращается, сателлиты 33f вместе с водилом 33k сателлитов вращаются на уменьшенных оборотах относительно солнечной шестерни 33e на основе стационарной коронной шестерни 33g, как показано на фиг. 8B. Таким образом, крутящий момент со сниженной скоростью выводится в выходную шестерню 33h и дополнительно передается на выходные валы 33d через дифференциал.
Соединительный элемент 5f также устанавливает электрическое соединение между коронной шестерней 33g и картером 33a редуктора. Соединительная линия 5b электрически соединяет картер 33a редуктора с кузовом 10 транспортного средства. Таким образом, соединительный элемент 5f, картер 33a редуктора и соединительная линия 5b составляют путь 5 заземления для электрического заземления коронной шестерни 33f.
Как зацепляющаяся часть 4d между шестернями 33e и 33f, так и зацепляющаяся часть 4f между шестернями 33h и 33i являются электрически резистивными. Дополнительно, хотя редуктор 3 дополнительно может иметь шлицевую муфту 4a для соединения с валом 1b ротора и выходные соединительные муфты 4b, 4c для соответствующего соединения с валами 3d' колес, соединительные муфты 4a, 4b, 4c также являются резистивными.
Поскольку соединительный элемент 5f электрически соединен с коронной шестерней 33g, по меньшей мере, зацепляющиеся части 4d, 4e и соединительная муфта 4a, в качестве электрически резистивных элементов, размещаются между валом 1b ротора и соединительным элементом 5f. Таким образом, сопротивление ZR в эквивалентной схеме, показанной на фиг. 4, задается относительно более высоким. Поэтому шумовое напряжение V2 уменьшается, как описано выше, и в таком случае подавляется излучение шума.
Любые различные модификации должны быть очевидными. Фиг. 9 иллюстрирует одну из таких модификаций. В этой иллюстрации резистор R соединен последовательно на входном валу 33b. По мере того как резистор R увеличивает электрическое сопротивление на линии входного вала 33b и промежуточного вала CS, размещенного между щетками B и валом ротора (не показан), подавляется шум, проходящий к ведущему валу DS. Альтернативно местоположение резистора R может быть изменено.
Чтобы заземлять часть редуктора, любое средство, отличное от щеток 5a и соединительного элемента 5f, альтернативно может быть использовано, если один или более электрически резистивных элементов электрически размещаются между электродвигателем и этим средством.
Идеи, описанные выше, также могут применяться к бесступенчатым трансмиссиям. Дополнительно, идеи также могут применяться к так называемым гибридным транспортным средствам, транспортным средствам на топливных элементах или любым другим транспортным средствам, в которых излучение шума представляет проблему.
Хотя изобретение описано выше со ссылкой на конкретные примеры вариантов его осуществления, оно не ограничено ими. Модификации и варьирования вариантов осуществления, описанных выше, должны быть очевидными для специалистов в данной области техники в свете вышеуказанных идей.
Промышленная применимость
Разработано устройство передачи мощности, применимое к электромобилям, которое подавляет распространение шума от инвертора через устройство передачи мощности на ведущие валы и в подвески, тем самым уменьшая излучение шума наружу.