УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДАЧИ МОЩНОСТИ ГИБРИДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DEVICE TO OUTPUT POWER OF HYBRID VEHICLE

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для выдачи мощности гибридного транспортного средства, и в частности к устройству для выдачи мощности гибридного транспортного средства, содержащего устройство управления мощностью для управления приводом двигателя и двигатель, расположенные в одном корпусе.
Уровень техники
В последнее время гибридное транспортное средство привлекает к себе внимание как транспортное средство, которое сочетает в себе экологические и ходовые качества. В качестве источника мощности, помимо обычного двигателя, гибридное транспортное средство использует электродвигатель, приводимый в действие источником постоянного тока посредством инвертора. Более конкретно источник мощности получается путем приведения в действие двигателя, и, кроме того, напряжение постоянного тока из источника питания постоянного тока преобразуется в напряжение переменного тока при помощи инвертора, и источник мощности получается, когда электродвигатель вращается при помощи преобразованного напряжения переменного тока.
В большинстве существующих в настоящее время гибридных транспортных средств устройство для выдачи мощности, создающее мощность для приведения в движение транспортного средства, имеет такую конструкцию, в которой большой корпус инвертора, имеющий коробчатую форму, прикреплен на шасси, и картер двигателя (узел ведущий мост-коробка передач) расположен под ним. Если разрабатывать устройство для выдачи мощности гибридного транспортного средства, которое можно устанавливать на самых разных моделях, то конструкция, имеющая два корпуса, является невыгодной с точки зрения стандартизации элементов, так как устройства должны оптимизироваться для каждой модели.
В принципе необходимо разместить совместно работающие устройства в одном корпусе с целью их объединения. С учетом вышеизложенного в публикации JP 2004-343845 раскрыто приводное устройство для гибридного транспортного средства, в котором двигатели и инверторы объединены.
В настоящее время для гибридного транспортного средства предложен метод повышения напряжения постоянного тока, получаемого из источника энергии постоянного тока, при помощи бустерного конвертора и подачи повышенного напряжения постоянного тока в инвертор. Данный метод повышает выходную мощность двигателя и энергетический КПД.
Таким образом, с точки зрения совместной работы понятно, что при объединении бустерного конвертора с электродвигателем, как в корпусе инвертора, можно получить позитивный эффект в плане стандартизации компонентов и уменьшения размеров.
Однако приводное устройство для гибридного транспортного средства, раскрытое в JP 2004-343845, предназначено только для простой конструкции, имеющей инвертор, установленный на электродвигателе, и данная опубликованная заявка не раскрывает и не предлагает никакой конструкции, которая дополнительно включает в себя бустерный конвертор.
Бустерный конвертор обычно образуется путем комбинирования реактора и схемы прерывателя, включающей коммутирующий элемент. Более конкретно в реакторе коммутируемый ток вытекает из источника энергии постоянного тока в зависимости от нахождения коммутирующего элемента в положении «включено»/«выключено», и энергия накапливается. Реактор выдает накопленную электрическую энергию в инвертор в зависимости от нахождения коммутирующего элемента в положении «включено»/«выключено». Бустерный конвертор обеспечивает повышение напряжения в результате повторения такой операции.
При повышении напряжения, когда коммутируемый ток протекает через обмотку реактора, возникает вибрация, обусловленная магнитным потоком, циркулирующим в сердечнике. Вибрация может передаваться на корпус, что приводит к возникновению шума внутри транспортного средства. Поэтому в обычном устройстве для выдачи мощности предусмотрено специальное средство для поглощения вибрации реактора (см., например, JP 2005-32830 и JP 2005-73392).
Из вышеизложенного следует, что при объединении бустерного конвертора с электродвигателем необходимо уделить достаточное внимание не только уменьшению размеров устройства, но также и размещению средства для поглощения вибрации реактора.
Таким образом, настоящее изобретение предназначено для решения данных проблем и его целью является создание устройства для выдачи мощности гибридного транспортного средства, имеющего интегрированное приводное устройство двигателя и обеспечивающего поглощение вибрации реактора приводного устройства двигателя.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение обеспечивает создание устройства для выдачи мощности гибридного транспортного средства, выдающего мощность на ведущий вал, содержащего двигатель, генерирующий мощность, используя в качестве источника энергию горения топлива; устройство передачи мощности, объединяющее мощность, генерируемую двигателем, с мощностью, генерируемой вращающейся электрической машиной, и передающее ее на ведущий вал; устройство управления мощностью, содержащее коммутирующий элемент и реактор, для преобразования мощности между электрической энергией постоянного тока из источника энергии и электрической энергией переменного тока, обеспечивающей приведение в действие и управление вращающейся электрической машиной посредством переключения коммутирующего элемента; картер, связанный с двигателем для обеспечения передачи вибрации и корпусом устройства передачи мощности и устройства управления мощностью; и амортизирующее устройство, подвешивающее двигатель и картер на кузове транспортного средства, обеспечивающее поглощение относительной вибрации между двигателем и кузовом транспортного средства.
В соответствии с устройством для выдачи мощности гибридного транспортного средства, описанным выше, реактор объединен с картером двигателя, и поэтому вибрация реактора, возникающая в результате коммутации тока в момент проводимости, поглощается вместе с вибрацией двигателя при помощи амортизирующего устройства двигателя. Следовательно, меньшая вибрация реактора передается на кузов транспортного средства, и в результате шум внутри транспортного средства может быть уменьшен. Кроме того, отпадает необходимость в создании средства для поглощения вибрации реактора и обеспечивается возможность дополнительного уменьшения размеров устройства.
Предпочтительно, если устройство передачи мощности содержит первую и вторую вращающиеся электрические машины, приводимые в действие при помощи источника энергии и генерирующие мощность, и делитель мощности, механически распределяющий выходную мощность двигателя на первую вращающуюся электрическую машину и ведущий вал. Устройство управления мощностью содержит первый и второй инвертор, расположенные соответственно в первой и второй вращающихся электрических машинах, и конвертор напряжения, содержащий коммутирующий элемент и реактор, осуществляющий преобразование напряжения между источником энергии и первым, и вторым инверторами посредством переключения коммутирующего элемента.
В устройстве для выдачи мощности гибридного транспортного средства, описанном выше, вибрация реактора, возникающая в момент преобразования напряжения, может поглощаться при помощи амортизирующего устройства двигателя. Следовательно, меньшая вибрация реактора передается на кузов транспортного средства, и в результате шум внутри транспортного средства может быть уменьшен.
Предпочтительно, если ток, коммутируемый при помощи коммутирующего элемента, протекает через реактор. Амортизирующее устройство содержит упругий корпус, допускающий вибрацию, соединенный между двигателем и картером и кузовом транспортного средства и расположенный таким образом, что направление вибрации упругого корпуса приблизительно совпадает с направлением вибрации реактора, когда передается мощность.
В устройстве для выдачи мощности гибридного транспортного средства, описанном выше, вибрация реактора, возникающая в момент передачи мощности, может эффективно поглощаться при помощи амортизирующего устройства двигателя.
Предпочтительно, если амортизирующее устройство расположено таким образом, чтобы упругий корпус и реактор вибрировали приблизительно в одном и том же направлении.
В устройстве для выдачи мощности гибридного транспортного средства, описанном выше, вибрация реактора, возникающая в момент передачи мощности, может эффективно поглощаться при помощи амортизирующего устройства двигателя.
Предпочтительно, если амортизирующее устройство расположено таким образом, чтобы направление вибрации упругого корпуса приблизительно совпадало с направлением вибрации реактора, когда передается мощность, и направлением вибрации двигателя.
В устройстве для выдачи мощности гибридного транспортного средства, описанном выше, усилие демпфирования вибрации амортизирующего устройства может быть использовано в полной мере.
В соответствии с настоящим изобретением при объединении реактора с картером двигателя вибрация реактора, возникающая при прохождении коммутируемого тока, может поглощаться вместе с вибрацией двигателя при помощи амортизирующего устройства двигателя. Следовательно, меньшая вибрация реактора передается на кузов транспортного средства, и в результате шум внутри транспортного средства может быть уменьшен. Кроме того, отпадает необходимость в создании средства для поглощения вибрации реактора и обеспечивается возможность дополнительного уменьшения размеров устройства.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая общую конфигурацию гибридного устройства для выдачи мощности в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - принципиальная электрическая схема, иллюстрирующая конфигурацию, относящуюся к управлению двигателем-генератором в транспортном средстве, на котором установлено гибридное устройство для выдачи мощности в соответствии с фиг.1.
Фиг.3 - схематичный вид детали делителя мощности и редуктора, показанных на фиг.2.
Фиг.4 - вид в перспективе, иллюстрирующий внешний вид узла ведущий мост-коробка передач гибридного транспортного средства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 - вид сверху узла ведущий мост-коробка передач.
Фиг.6 - вид сбоку узла ведущий мост-коробка передач, если смотреть в направлении Х1 в соответствии с фиг.5.
Фиг.7 - вид в перспективе реактора, показанного на фиг.6.
Наилучший способ осуществления изобретения
Ниже будут подробно описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. На чертежах одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения подобных или соответствующих элементов.
На фиг.1 показана блок-схема, иллюстрирующая общую конфигурацию устройства для выдачи мощности гибридного транспортного средства (которое далее будет называться «гибридным устройством для выдачи мощности») в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. В данном варианте осуществления настоящего изобретения гибридное транспортное средство будет описано как последовательно-параллельное гибридное транспортное средство. Однако гибридным транспортным средством может быть последовательное гибридное транспортное средство или параллельно гибридное транспортное средство.
Как показано на фиг.1, гибридное устройство 100 для выдачи мощности включает в себя двигатель ENG, аккумуляторную батарею B, инвертор INV, бустерный конвертор 12, колеса WH, узел ведущий мост-коробка передач 20 и электронное устройство 90 управления (ЭУУ).
Двигатель ENG создает движущую силу, используя в качестве источника энергию горения топлива, такого как бензин. Аккумуляторная батарея В обеспечивает подачу электроэнергии постоянным током в линию электропитания. В качестве аккумуляторной батареи В может использоваться гидрид-никелевая или ионно-литиевая вторичная аккумуляторная батарея или топливный элемент. Кроме того, в качестве аккумулятора электрической энергии вместо батареи В может использоваться конденсатор большой емкости, такой как двухслойный электрический конденсатор.
Инвертор INV преобразует энергию постоянного тока, подаваемую из батареи В через бустерный конвертор 12 в линию 81 электропитания, в энергию переменного тока и выдает ее в линию 83 электропитания. В качестве альтернативы инвертор INV преобразует энергию переменного тока, подаваемую в линию 81 электропитания, в энергию постоянного тока и выдает ее в линию 82 электропитания.
Узел ведущий мост-коробка передач 20 включает в себя, как одно целое, коробку передач и мост и содержит делитель PSD мощности, редуктор RD, двигатели-генераторы MG1 и MG2 и устройство 21 управления мощностью, управляющее двигателями-генераторами MG1 и MG2. В соответствии с настоящим изобретением устройство 21 управления мощностью, которое обычно размещалось в корпусе независимо от узла ведущий мост-коробка передач 20, объединено с узлом ведущий мост-коробка передач 20 и размещено с ним в одном корпусе.
Делитель PSD мощности разделяет движущую силу, создаваемую двигателем ENG, межу каналом, передающим силу на ведущий вал транспортного средства через редуктор RD, и каналом, передающим силу в двигатель-генератор MG1.
Каждый из двигателей-генераторов MG1 и MG2 может работать как генератор мощности и как электродвигатель. Обычно двигатель-генератор MG1 работает в основном как генератор мощности и поэтому иногда называется «генератором мощности». Двигатель-генератор MG2 работает в основном как электродвигатель и поэтому иногда называется «электродвигателем».
Двигатель-генератор MG1 генерирует электроэнергию, когда он вращается под действием движущей силы от двигателя ENG, передаваемой через делитель PSD мощности. Электрическая энергия, генерируемая двигателем-генератором MG1, подается через линию 83 электропитания в инвертор INV и используется как электрическая энергия для зарядки аккумуляторной батареи В или как электрическая энергия для приведения в действие двигателя-генератора MG2.
Двигатель-генератор MG2 приводится в действие и вращается при помощи электрической энергии переменного тока, подаваемой из инвертора INV в линию электропитания 83. Движущая сила, создаваемая двигателем-генератором MG2, передается через редуктор RD на ведущий вал. Колесами (не показанными), отличными от колес, приводимых в движение при помощи ведущего вала, могут быть просто ведомые колеса, или они могут быть приспособлены для приведения в движение при помощи другого двигатель-генератора, не показанного, для реализации так называемой полноприводной системы.
При вращении двигателя-генератора MG2 скорость колес уменьшается во время работы в режиме рекуперации, и электродвижущая сила (электрическая энергия переменного тока), создаваемая в двигателе-генераторе MG2, подается в линию 83 электропитания. В данном случае инвертор INV преобразует электрическую энергию, подаваемую в линию 83 электропитания, в электрическую энергию постоянного тока и выдает ее в линию 81 электропитания, в результате чего заряжается батарея В.
Электронное устройство 90 управления управляет всей работой оборудования и электрических схем, установленных на транспортном средстве, таком как транспортное средство, на котором установлено гибридное устройство 100 для выдачи мощности, и приводится в действие в соответствии с инструкциями, полученными от водителя. Обычно электронное устройство 90 управления образовано при помощи микрокомпьютера и запоминающего устройства (ОЗУ, ПЗУ или подобного) для выполнения заранее запрограммированных заданных последовательностей и заданных операций.
Фиг.2 изображает принципиальную электрическую схему, иллюстрирующую конфигурацию, относящуюся к управлению двигателем-генератором в транспортном средстве, на котором установлено гибридное устройство для выдачи мощности в соответствии с фиг.1.
Как показано на фиг.2, транспортное средство 1000 включает в себя аккумуляторный блок 40, узел ведущий мост-коробка передач 20, устройство управления 30 и двигатель, и колеса (не показаны).
Узел ведущий мост-коробка передач 20 включает в себя двигатели-генераторы MG1 и MG2, делитель PSD мощности, редуктор RD и устройство 21 управления мощностью, управляющее двигателями-генераторами MG1 и MG2.
Делителем PSD мощности является механизм, соединенный с двигателем ENG и двигателями-генераторами MG1 и MG2, распределяющий мощность между ними. В качестве делителя PSD мощности может быть использован, например, планетарный зубчатый механизм, содержащий три оси вращения солнечной шестерни, планетарной шестерни и коронной шестерни.
Возможна конструкция, в которой две оси вращения (планетарной шестерни, солнечной шестерни) делителя PSD мощности соединены соответственно с осями вращения двигателя ENG и двигателя-генератора MG1, и третья ось вращения (коронной шестерни) соединена с двигателем-генератором MG2 непосредственно или через редуктор RD.
Ось вращения редуктора RD соединена с колесами при помощи понижающей передачи или дифференциальной передачи (не показана), как будет описано ниже.
Аккумуляторный блок 40 снабжен клеммами 41 и 42. Узел ведущий мост-коробка передач 20 также снабжен клеммами 43 и 44. Транспортное средство 1000 включает в себя силовой кабель 6, соединяющий клеммы 41 и 43, и силовой кабель 8, соединяющий клеммы 42 и 44.
Аккумуляторный блок 40 включает батарею В, главное реле SMR3 системы, подсоединенное между отрицательным полюсом батареи В и клеммой 42, главное реле SMR2 системы, подсоединенное между положительным полюсом батареи В и клеммой 41, и главное реле системы SMR1 и ограничивающее сопротивление R, соединенные последовательно между положительным полюсом батареи В и клеммой 41. Управление главными реле SMR1-SMR3 системы, находящимися в состоянии проводимости/непроводимости, осуществляется в соответствии с сигналом SE управления, поступающим из устройства 30 управления.
Аккумуляторный блок 40 включает в себя датчик 10 напряжения, измеряющий напряжение VB между клеммами батареи В, и датчик 11 тока, измеряющий ток IB, проходящий в батарею В.
Устройство управления мощностью 21 включает в себя инверторы 22 и 14, предусмотренные соответственно для двигателей-генераторов MG1 и MG2, и бустерный конвертор 12, являющийся общим для инверторов 22 и 14. Инверторы 22 и 14 образуют инвертор INV, показанный на фиг.1.
Бустерный конвертор 12 повышает напряжение между клеммами 43 и 44. Инвертор 14 преобразует напряжение постоянного тока, подаваемое из бустерного конвертора 12, в трехфазный переменный ток и выдает его в двигатель-генератор MG2.
Бустерный конвертор 12 включает в себя реактор L1, имеющий один конец, соединенный с клеммой 43, биполярные транзисторы Q1 и Q2 с изолированным затвором, соединенные последовательно между выходными клеммами бустерного конвертора 12, выдающего повышенное напряжение VH, диоды D1 и D2, соединенные параллельно с биполярными транзисторами Q1 и Q2 с изолированным затвором соответственно, и сглаживающий конденсатор С2. Сглаживающий конденсатор С2 сглаживает напряжение, усиленное бустерным конвертором 12.
Другой конец реактора L1 соединен с эмиттером биполярного транзистора Q1 с изолированным затвором и коллектором биполярного транзистора Q2 с изолированным затвором. Катод диода D1 соединен с коллектором биполярного транзистора Q1 с изолированным затвором, а его анод соединен с эмиттером биполярного транзистора Q1 с изолированным затвором. Катод диода D2 соединен с коллектором биполярного транзистора Q2 с изолированным затвором, а его анод соединен с эмиттером биполярного транзистора Q2 с изолированным затвором.
Инвертор 14 преобразует напряжение постоянного тока на выходе бустерного конвертора 12 в трехфазный переменный ток и выдает его в двигатель-генератор MG2, приводящий в движение колеса. Кроме того, при рекуперативном торможении инвертор 14 возвращает мощность, генерируемую двигателем-генератором MG2, в бустерный конвертор 12. В это время управление бустерным конвертором 12 осуществляется при помощи устройства 30 управления таким образом, что он работает как схема понижения напряжения.
Инвертор 14 включает в себя плечо U-фазы 15, плечо V-фазы 16 и плечо W-фазы 17. Плечи U-фазы, V-фазы и W-фазы 15, 16 и 17 подсоединены параллельно между выходными линиями бустерного конвертора 12.
Плечо U-фазы 15 включает в себя последовательно соединенные биполярные транзисторы Q3 и Q4 с изолированными затворами и диоды D3 и D4, соединенные параллельно с биполярными транзисторами Q3 и Q4 с изолированными затворами соответственно. Катод диода D3 соединен с коллектором биполярного транзистора Q3 с изолированным затвором, а его анод соединен с эмиттером биполярного транзистора Q3 с изолированным затвором. Катод диода D4 соединен с коллектором биполярного транзистора Q4 с изолированным затвором, а его анод соединен с эмиттером биполярного транзистора Q4 с изолированным затвором.
Плечо V-фазы 16 включает в себя последовательно соединенные биполярные транзисторы Q5 и Q6 с изолированными затворами и диоды D5 и D6, соединенные параллельно с биполярными транзисторами Q5 и Q6 с изолированными затворами соответственно. Катод диода D5 соединен с коллектором биполярного транзистора Q5 с изолированным затвором, а его анод соединен с эмиттером биполярного транзистора Q5 с изолированным затвором. Катод диода D6 соединен с коллектором биполярного транзистора Q6 с изолированным затвором, а его анод соединен с эмиттером биполярного транзистора Q6 с изолированным затвором.
Плечо W-фазы 17 включает в себя последовательно соединенные биполярные транзисторы Q7 и Q8 с изолированными затворами и диоды D7 и D8, соединенные параллельно с биполярными транзисторами Q7 и Q8 с изолированными затворами соответственно. Катод диода D7 соединен с коллектором биполярного транзистора Q7 с изолированным затвором, а его анод соединен с эмиттером биполярного транзистора Q7 с изолированным затвором. Катод диода D8 соединен с коллектором биполярного транзистора Q8 с изолированным затвором, а его анод соединен с эмиттером биполярного транзистора Q8 с изолированным затвором.
Середина плеча каждой фазы соединена с концом каждой фазы каждой обмотки двигателя-генератора MG2. Более конкретно, двигателем-генератором MG2 является трехфазный синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, и каждая из трех катушек фаз U, V и W имеет один конец, соединенный совместно с нейтральной точкой. Другой конец обмотки U-фазы соединен с узлом соединения биполярных транзисторов Q3 и Q4 с изолированными затворами. Другой конец обмотки V-фазы соединен с узлом соединения биполярных транзисторов Q5 и Q6 с изолированными затворами. Другой конец обмотки W-фазы соединен с узлом соединения биполярных транзисторов Q7 и Q8 с изолированными затворами.
Датчик 24 тока измеряет ток, проходящий через двигатель-генератор MG2, как значение MCRT2 тока в двигателе и выдает значение MCRT2 тока в двигателе в устройство 30 управления.
Инвертор 22 соединен с бустерным конвертором 12 параллельно инвертору 14. Инвертор 22 преобразует напряжение постоянного тока на выходе бустерного конвертора 12 в трехфазный переменный ток и выдает его в двигатель-генератор MG1. Инвертор 22, получающий повышенное напряжение из бустерного конвертора 12, приводит в действие двигатель-генератор MG1, например, для запуска двигателя.
Кроме того, инвертор 22 подает мощность, генерируемую двигателем-генератором MG1, посредством крутящего момента, передаваемого с коленчатого вала двигателя на двигатель-генератор MG2 или батарею В. В это время управление бустерным конвертором 12 осуществляется при помощи устройства 30 управления таким образом, что он работает как схема понижения напряжения.
Хотя это не показано, внутренняя конфигурация инвертора 22 аналогична конфигурации инвертора 14, поэтому его подробное описание не приводится.
Устройство 30 управления получает заданные значения TR1 и TR2 крутящего момента, числа MRN1 и MRN2 вращения двигателя, значения VB, VL и VH напряжения и тока IB, значения MCRT1 и MCRT2 тока в электродвигателе и сигнал IGON активации.
При этом заданное значение TR1 крутящего момента, число MRN1 вращения электродвигателя и значение MCRT1 тока в электродвигателе относятся к двигателю-генератору MG1, а заданное значение TR2 крутящего момента, число MRN2 вращения электродвигателя и значение MCRT2 тока в электродвигателе относятся к двигателю-генератору MG2.
Кроме того, напряжением VB является напряжение батареи В, а током IB является ток, проходящий через батарею В. Напряжением VL является напряжение до повышения при помощи бустерного конвертора 12, а напряжением VH является напряжение после повышения при помощи бустерного конвертора 12.
Устройство 30 управления выдает в бустерный конвертор 12 сигнал PWU управления для повышения напряжения, сигнал PWD управления для понижения напряжения и сигнал CSDN, являющийся командой запрета работы.
Кроме того, устройство 30 управления выдает в инвертор 14 команду PWMI2 приведения в действие для преобразования напряжения постоянного тока на выходе бустерного конвертора 12 в напряжение переменного тока для приведения в действие двигателя-генератора MG2, и команду PWMC2 рекуперации для преобразования напряжения переменного тока, создаваемого двигателем-генератором MG2, в напряжение постоянного тока и возврата его в бустерный конвертор 12.
Подобным образом устройство 30 управления выдает в инвертор 22 команду PWMI1 приведения в действие для преобразования напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока для приведения в действие двигателя-генератора MG1, и команду PWMC1 рекуперации для преобразования напряжения переменного тока, создаваемого двигателем-генератором MG1, в напряжение постоянного тока и возврата его в бустерный конвертор 12.
Фиг.3 схематично изображает детали делителя PSD мощности и редуктора RD, показанных на фиг.2.
Как показано на фиг.3, гибридное устройство для выдачи мощности в соответствии с настоящим изобретением включает в себя двигатель-генератор MG2, редуктор RD, соединенный с валом вращения двигателя-генератора MG2, мост, который вращается вместе с вращением вала вращения посредством редуктора RD, двигатель ENG, двигателем-генератор MG1 и делитель PSD мощности для распределения мощности между редуктором RD, двигателем ENG и двигателем-генератором MG1. Передаточное число редуктора RD от двигателя-генератора MG2 до делителя мощности PSD равно, например, по меньшей мере, двум.
Коленчатый вал 50 двигателя ENG, ротор 32 двигателя-генератора MG1 и ротор 37 двигателя-генератора MG2 вращаются вокруг одной и той же оси.
В примере, проиллюстрированном на фиг.3, делителем PSD мощности является планетарный зубчатый механизм, включающий в себя солнечную шестерню 51, соединенную с полым валом солнечной шестерни, при этом коленчатый вал 50 проходит через центр данного вала; коронную шестерню 52, поддерживаемую с возможностью вращения на той же оси, что и коленчатый вал 50; и ведущую шестерню 53, расположенную между солнечной шестерней 51 и коронной шестерней 53, вращающуюся и крутящуюся вокруг внешней периферии солнечной шестерни 51; и водило планетарной передачи 54, соединенное с концевой частью коленчатого вала 50 и поддерживающее ось вращения каждой ведущей шестерни 53.
В делителе PSD мощности три вала, то есть вал солнечной шестерни, соединенный с солнечной шестерней 51, корпус коронной шестерни, соединенный с коронной шестерней 52, и коленчатый вал 50, соединенный с водилом планетарной передачи 54, выполняют функции валов подвода/отвода мощности. Когда определен подвод/отвод мощности от двух из трех валов, мощность подвода/отвода мощности от оставшегося вала определяется на основе подвода/отвода мощности от двух других валов.
Ведущая шестерня 70 со счетчиком для отвода мощности расположена на внешней стороне корпуса коронной шестерни и вращается как одно целое с коронной шестерней 52. Ведущая шестерня 70 со счетчиком соединена с понижающей передачей RG передачи энергии. Мощность передается между ведущей шестерней 70 со счетчиком и понижающей передачей RG передачи мощности. Понижающая передача передачи мощности RG приводит в действие дифференциальный механизм DEF. Кроме того, при движении под уклон вращение колес передается на дифференциальный механизм DEF, и понижающая передача передачи мощности RG приводится в действие посредством дифференциальной передачи DEF.
Двигатель-генератор MG1 включает в себя статор 31, образующий вращающееся магнитное поле, и ротор 32, расположенный в статоре 31 и содержащий множество встроенных в него постоянных магнитов. Статор 31 содержит сердечник 33 статора и трехфазную обмотку 34, намотанную на сердечник 33 статора. Ротор 32 соединен с валом солнечной шестерни и вращается как одно целое с солнечной шестерней 51 делителя PSD мощности. Сердечник 33 статора образован путем укладки тонких электромагнитных стальных листов и закрепления их в корпусе (показано).
Двигатель-генератор MG1 работает как электродвигатель для вращения и приведения в движение ротора 32 посредством взаимодействия между магнитным полем, образованным постоянными магнитами, встроенными в ротор 32, и магнитным полем, образованным трехфазной обмоткой 34. Кроме того, двигатель-генератор MG1 работает как генератор мощности, создающий электродвижущую силу на противоположных концах трехфазной обмотки 34 посредством взаимодействия между магнитным полем постоянных магнитов и вращением ротора 32.
Двигатель-генератор MG2 содержит статор 36, образующий вращающееся магнитное поле, и ротор 37, расположенный в статоре 36 и содержащий множество встроенных в него постоянных магнитов. Статор 36 включает сердечник 38 статора и трехфазную обмотку 39, намотанную на сердечник 38 статора.
Ротор 37 соединен с корпусом коронной шестерни, вращающейся как одно целое с коронной шестерней 52 делителя PSD мощности посредством редуктора RD. Сердечник 38 статора образован путем укладки тонких электромагнитных стальных листов и закрепления их в корпусе (не показано).
Двигатель-генератор MG2 также работает как генератор мощности, создающий электродвижущую силу на противоположных концах трехфазной обмотки 39 посредством взаимодействия между магнитным полем постоянных магнитов и вращением ротора 37. Кроме того, двигатель-генератор MG2 работает как электродвигатель для вращения и приведения в движение ротора 37 посредством взаимодействия между магнитным полем, образованным постоянными магнитами, и магнитным полем, образованным трехфазной обмоткой 39.
Редуктор RD осуществляет уменьшение скорости при помощи конструкции, в которой водило планетарной передачи 66 как один из вращающихся элементов планетарной передачи закреплено на корпусе узла ведущий мост-коробка передач. Более конкретно, редуктор RD включает в себя солнечную шестерню 62, соединенную с валом ротора 37, коронную шестерню 68, вращающуюся как одно целое с коронной шестерней 52, и ведущую шестерню 64, входящую в зацепление с коронной шестерней 68 и солнечной шестерней 62 для передачи вращения солнечной шестерни 62 коронной шестерне 68.
В качестве примера, если количество зубьев коронной шестерни 68 в 2 раза больше количества зубьев солнечной шестерни 62, то можно получить передаточное число, равное двум или более.
Далее будет описана схема расположения элементов.
Фиг.4 изображает вид в перспективе, иллюстрирующий внешний вид узла ведущий мост-коробка передач гибридного транспортного средства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 изображает вид сверху узла ведущий мост-коробка передач 20.
Как показано на фиг.4 и 5, корпус узла ведущий мост-коробка передач 20 выполнен с возможностью разделения на корпус 104 и корпус 102. Корпус 104 предназначен в основном для размещения двигателя-генератора MG1, а корпус 102 предназначен в основном для размещения двигателя-генератора MG2 и устройства управления мощностью.
На корпусе 104 образован выступ 106, а на корпусе 102 образован выступ 105, причем выступы 106 и 105 скреплены при помощи болта или подобного средства, посредством чего объединены корпуса 104 и 102.
Корпус 102 снабжен отверстием 108 для установки устройства 21 управления мощностью. На внутренней левой стороне (в направлении перемещения транспортного средства) отверстия 108 размещен конденсатор С2, а на правой стороне размещен реактор L1. При установке на транспортном средстве отверстие 108 закрыто крышкой. Следует отметить, что возможно обратное расположение, когда конденсатор С2 размещен на правой стороне, а реактор L1 размещен на левой стороне.
Более конкретно, реактор L1 расположен на одной стороне вращающихся валов двигателя-генераторов MG1 и MG2, а конденсатор С2 расположен на другой стороне. На участке между конденсатором С2 и реактором L1 установлено основание элемента 120 питания. Под основанием элемента 120 питания расположен двигатель-генератор MG2.
На основании элемента 120 питания установлены инвертор 22, управляющий двигателем-генератором MG1, инвертор 14, управляющий двигателем-генератором MG2, и плечо 13 бустерного конвертора.
На участке между инверторами 14 и 22 расположены токопроводящие шины, перекрывающиеся в вертикальном направлении. Одна токопроводящая шина проходит из каждого плеча U-фазы 15, плеча V-фазы 16 и плеча W-фазы 17 инвертора 14 в контактное основание 116, соединенное с обмоткой статора двигателя-генератора MG2. Подобным образом три токопроводящие шины проходят из инвертора 22 в контактное основание 118, соединенное с обмоткой статора двигателя-генератора MG1.
Основание элемента 120 питания нагревается до высокой температуры, и поэтому канал для прохождения воды расположен под основанием элемента 120 питания для охлаждения, и впускное отверстие 114 для охлаждающей воды, и выпускное отверстие 112 для охлаждающей воды на входе/выходе канала для прохождения воды расположены на корпусе 102. Впускное и выпускное отверстия могут быть образованы путем приведения в движение соединительной гайки или подобного элемента на корпусе 102 через выступы 106 и 105.
Напряжение, подаваемое от аккумуляторного блока 40 в соответствии с фиг.3 на клеммы 43 и 44 через силовой кабель, повышается при помощи бустерного конвертора 12, содержащего реактор L1 и плечо 13. Повышенное напряжение сглаживается при помощи конденсатора С2 и подается в инверторы 14 и 22.
Поскольку используется напряжение батареи, повышенное при помощи бустерного конвертора 12, обеспечивается возможность приведения в действие двигателя-генератора при помощи высокого напряжения, превышающего 500 В, при этом напряжение батареи уменьшается до приблизительно 200 В. Следовательно, потери мощности могут быть уменьшены, поскольку мощность может передаваться малым током, и может быть обеспечена высокая мощность на выходе двигателя.
При объединении инверторов 14 и 22, двигателей-генераторов MG1 и MG2 и, кроме того, бустерного конвертора 12 в виде узла ведущий мост-коробка передач 20 возникает проблема размещения реактора L1 и конденсатора С2, которые являются относительно большими элементами.
Фиг.6 изображает вид сбоку узла ведущий мост-коробка передач 20 при рассмотрении с направления Х1 в соответствии с фиг.5.
Как показано на фиг.6, на корпусе 102 имеется отверстие 109 для установки и поддержки двигателя-генератора. При установке на транспортном средстве отверстие 109 закрыто крышкой.
В отверстии 109 размещается двигатель-генератор MG2. Ротор 37 расположен в статоре 36, к которому подсоединены токопроводящие шины U, V и W фаз. В центральной части ротора 37 можно видеть полый вал 60.
Как показано на фиг.5, статор 36 двигателя-генератора MG2 по существу входит в камеру корпуса 102, в которой расположено устройство 21 управления мощностью, и реактор L1 расположен на одной стороне, а конденсатор С2 расположен на другой стороне двигателя-генератора MG2, вследствие чего большие элементы эффективно скомпонованы. Таким образом, создан компактный узел ведущий мост-коробка передач гибридного транспортного средства.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, поскольку узел ведущий мост-коробка передач объединен с устройством 21 управления мощностью, передача вибрации, возникающей в реакторе L1, на кузов гибридного транспортного средства может быть уменьшена, как будет описано ниже.
Более конкретно, реактор L1 включает в себя сердечник 221 и обмотку 222, как показано на фиг.7. Сердечник 221 содержит прямолинейные участки 2210 и 2212 и криволинейные участки 2211 и 2213.
Между криволинейным участком 2211 и прямолинейным участком 2210 имеется зазор 223, и между криволинейным участком 2211 и прямолинейным участком 2212 имеется зазор 224. Между криволинейным участком 2213 и прямолинейным участком 2212 имеется зазор 225, и между криволинейным участком 2213 и прямолинейным участком 2210 имеется зазор 226. Обмотка 222 намотана вокруг прямолинейных участков 2210 и 2212.
Когда постоянный ток протекает через обмотку 222 в направлении, показанном стрелками, магнитный поток образуется в сердечнике 221, и образованный магнитный поток проходит через зазор 223 в направлении стрелки 227 и проходит через криволинейный участок 2211. Затем магнитный поток проходит через зазор 224 в направлении стрелки 228 и проходит через прямолинейный участок 2212, а также проходит через зазор 225 в направлении стрелки 228. Затем магнитный поток проходит через криволинейный участок 2213 и зазор 226 в направлении стрелки 227. Таким образом, когда постоянный ток протекает через обмотку 222, магнитный поток циркулирует по сердечнику 221.
Как показано на фиг.2 и 5, когда устройство управления мощностью 21 приводит в действие двигатели-генераторы MG1 и MG2, биполярный транзистор Q2 с изолированным затвором бустерного конвертора 12 находится в положении «включено»/«выключено», как описано выше. Когда биполярный транзистор Q2 с изолированным затвором находится в положении «включено», постоянный ток протекает через замкнутую схему, состоящую их силового кабеля 6, реактора L1, биполярного транзистора Q2 с изолированным затвором, силового кабеля 8 и батареи В. Магнитный поток образуется в сердечнике 221 реактора L1, и криволинейные участки 2211 и 2213 притягиваются под действием силы притяжения к прямолинейным участкам 2210 и 2212. Когда биполярный транзистор Q2 с изолированным затвором находится в положении «выключено», магнитный поток в сердечнике 221 не образуется, и поэтому криволинейные участки 2211 и 2213 не притягиваются к прямолинейным участкам 2210 и 2212.
Следовательно, когда биполярный транзистор с изолированным затвором Q2 переключается из положения «включено» в положение «выключено», криволинейные участки 2211 и 2213 сердечника 221 реактора L1 перемещаются к прямолинейным участкам 2210 и 2212 и возвращаются в исходные положения, вызывая вибрацию.
Поскольку реактор L1 установлен в отверстии 108 корпуса 102, вибрация, образующаяся в реакторе L1, передается на корпус 102. Кроме того, вибрация передается на корпус через крепежный элемент, прикрепляющий корпус 102 на кузове. В результате шум, создаваемый вибрацией реактора L1, возникает внутри транспортного средства.
Обычно если транспортное средство имеет двигатель, то он подвешивается на кузове с использованием амортизирующего устройства, называемого подвеской двигателя, для того, чтобы предотвратить образование шума в результате передачи вибрации двигателя на кузов. В данном случае узел ведущий мост-коробка передач, непосредственно связанный с двигателем, получает вибрацию от двигателя и сам вибрирует и, следовательно, узел ведущий мост-коробка передач также подвешен, объединенный с двигателем, на кузове посредством подвески двигателя.
Подвеска двигателя выполнена из упругого корпуса, такого как резиновая втулка с жидкостным уплотнением. Когда жидкость перемещается в резине подвески двигателя, свойственная ей упругость дополняется, и вибрация двигателя относительно кузова может быть поглощена.
В соответствии с настоящим изобретением реактор L1 как источник вибрации объединен с узлом ведущий мост-коробка передач 20, и, следовательно, вышеописанная вибрация реактора L1 может быть поглощена посредством подвески двигателя в качестве амортизирующего устройства для двигателя.
Посредством оптимизации взаимного расположения реактора L1 как источника вибрации и подвески двигателя вибрация реактора L1 может быть эффективно поглощена.
Более конкретно, как показано на фиг.5, устройство может быть эффективным, если подвеска ЕМ двигателя расположена рядом с реактором L1. Благодаря такой конструкции вибрация реактора L1 эффективно поглощается подвеской ЕМ двигателя, расположенной рядом, и предотвращается передача вибрации на кузов. В данном случае, если удастся создать устройство, в котором подвеска ЕМ двигателя и реактор L1 вибрируют приблизительно по одной линии в допустимых пределах, то можно будет также эффективно поглощать вибрацию реактора L1.
Кроме того, как показано на фиг.6, подвеска ЕМ двигателя и реактор L1 расположены таким образом, что направление вибрации упругого корпуса в подвеске двигателя приблизительно совпадает с направлением вибрации реактора L1.
Как описано со ссылкой на фиг.7, реактор L1 вибрирует в направлении стрелки LN1, поскольку притягивающая сила возникает между криволинейным участком и прямолинейным участком вследствие магнитного потока, циркулирующего по сердечнику 221. Следовательно, когда подвеска двигателя ЕМ расположена таким образом, что направление вибрации (соответствующее направлению стрелки LN2) упругого корпуса в подвеске ЕМ двигателя приблизительно совпадает с направлением вибрации реактора L1, вибрация реактора L1 может быть эффективно поглощена.
Кроме того, когда устройство выполнено таким образом, что направление вибрации упругого корпуса в подвеске ЕМ двигателя приблизительно совпадает с направлением вибрации двигателя ENG, демпфирующая сила подвески ЕМ двигателя может быть использована в полной мере. В данном случае подвеска ЕМ двигателя расположена таким образом, что направление вибрации упругого корпуса в подвеске ЕМ двигателя приблизительно совпадает с направлением вибрации реактора L1 и направлением возвратно-поступательного движения поршня двигателя ENG.
Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением, используя свободное пространство делителя мощности и двигателя-генератора MG2 узла ведущий мост-коробка передач, можно обеспечить компактное размещение устройства управления мощностью, включающего инвертор и бустерный конвертор. При этом реализуется конфигурация, близкая к конфигурации узла ведущий мост-коробка передач обычного транспортного средства с газовым двигателем, и, следовательно, может быть реализовано устройство для выдачи мощности для гибридного транспортного средства, которое может быть установлено на самых различных моделях.
Кроме того, вибрация, возникающая в реакторе бустерного конвертора в устройстве управления мощностью, может быть поглощена при помощи существующего амортизирующего устройства для поглощения вибрации двигателя. В результате меньшая вибрация реактора передается на кузов, предотвращая образование шума внутри транспортного средства.
Кроме того, если амортизирующее устройство расположено рядом с реактором, как источником вибрации, и направления вибрации элементов приблизительно совпадают, то вибрация реактора может быть более эффективно поглощена. В данном случае, если разместить амортизирующее устройство таким образом, чтобы направления вибрации реактора и двигателя приблизительно совпадали, демпфирующая сила подвески ЕМ двигателя может быть использована в полной мере.
Описанные здесь варианты осуществления являются только примерами и не должны рассматриваться как ограничивающие. Объем настоящего изобретения определяется только формулой изобретения и охватывает различные изменения и модификации без отхода от сущности и объема формулы изобретения.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение применимо к устройству для выдачи мощности, установленному на гибридном транспортном средстве.