丰田新型电驱动力总成(P810)技术解析

文章来源:驱动视界 发布时间:2021-01-21
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丰田在2019年4月纽约国际车展上发布了中型SUV Hilander(汉兰达)新车型(美国版)的混合动力车,并从2020年2月起上市,该车型搭载新开发的混合动力变速驱动桥(P810)。
概要
丰田在2019年4月纽约国际车展上发布了中型SUV Hilander(汉兰达)新车型(美国版)的混合动力车,并从2020年2月起上市,该车型搭载新开发的混合动力变速驱动桥(P810)。
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新型混合动力变速驱动桥简介
新款Hilander搭载的用于中型SUV的新型混合动力变速驱动桥(P810)采用多轴配置电机的平行齿轮式减速机构及用于加强冷却性能的双冷却系统等,相对于2015年上市的Hilander搭载的HV变速驱动桥(P313),机械损失减少25%,长度减少8%,重量减少6%,实现小型轻量化。
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传统的HV变速驱动桥(P313)中,发电机与电机为同轴配置,且电机减速机构为行星式,而新型HV变速驱动桥(P810)则与第4代HV系列相同,采取电机与发电机配置于平行轴的结构。驱动电机的减速机构也是采用平行齿轮方式的多轴机构,电机与发电机配置于不同的轴,缩短了变速驱动桥的轴长。此外,采取平行齿轮式后,还扩大了减速比范围,将减速比从2.478扩大至2.882,而电机的最高转速从12300rpm扩大至17500rpm。最大扭矩从335Nm减少至270Nm,实现电机的小型化,同时EV行驶时的输出扭矩提高了10%。
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在电机和发电机方面,相比第4代HV系列,改善了定子结构、磁路、冷却结构等,实现大扭矩和大功率的同时,在5cycle模式下,还减少了21%以上的损耗,电机尺寸也缩小了27%,使得输出功率密度提高49%。分段导线的绕组线(SC分布绕组)与第4代HV系列的其他电机相同,但为了提高输出功率,首次将绕组线的连接从串联更改为并联,同时冷却方式也采取双系统,满足大扭矩、大功率的需求。此外,发电机方面,不是第3代、第4代HV系列采用的集中绕组,而是SC分布绕组。
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电机冷却结构
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图 传统型(P313)的冷却系统图

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图 新型(P810)的冷却系统图

(出处:丰田汽车技术会・2020年春季大会学术演讲会演讲稿) 

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图 双油冷系统的散热效果范围

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电机内部冷却机油的流向

(出处:丰田汽车技术会・2020年春季大会学术演讲会演讲稿)

冷却系统的配套技术
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图 新型变速驱动桥(T/A)的配套图

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图 新型T/A内部的冷却管路的模式图

(出处:丰田汽车技术会・2020年春季大会学术演讲会演讲稿)

发电机的分段导线绕组
丰田的混合动力车搭载的电动动力总成系统THS、THSⅡ的发电机(MG1)定子的第1代与第2代采用插入式的分布绕组,第3代与第4代采用集中绕组,此次的新系统则采用SC分布绕组。
集中绕组的电机产生的扭矩主要由转子磁铁产生的磁铁扭矩为主,而分布绕组转子磁铁以外的磁路产生的磁阻扭矩的比例扩大,因此在抑制感应电压的同时实现了大功率和高效率的发电机。
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电机和发电机的并联
新型HV变速驱动桥(P810)的电机、发电机的定子绕组线与第4代HV系列的其他电机一样,采用SC式分布绕组,但由于扭矩和输出功率变大,绕组线改为并联,同时还改变了构成线圈的线圈段组合,进行了优化。
电机、发电机是具有48个槽的三相同步电机,因此一相有16个槽,构成8极电机,但第4代电机中,绕组通过波绕组绕成一圈,两组线圈都串联连接。
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图 6槽8极线圈简单地并联连接

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图 新型绕组线连接(5槽和7槽交互组合的8极线圈并联)

(出处:丰田汽车技术会・2020年春季大会学术演讲会演讲稿) 

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图 传统的绕组线连接下由于转子相位差导致的电位差

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图 新型绕组线降低了线圈末端高度

(出处:丰田汽车技术会・2020年春季大会学术演讲会演讲稿) 

对于电机和发电机,其他减少损耗的措施包括对层积电磁钢板构成的定子铁芯进行退火处理,以减少冲压过程中残余应力造成的损耗,并且绕组线段采用细线,抑制线圈中产生的涡流损耗等,使得P810相比P313减少了5cycle模式下21%的电机损耗。
P710解析
开发目标
(1)匹配新平台的变速箱要小型化、轻量化。
(2)降低机械损失,从而降低油耗。
(3)改进NV性能,维持车辆的静谧性。
基本规格和构造
基本规格和构造 现行变速箱和新型变速箱的断面图比较:
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P314的发电机和电动机为同轴式,P710为平行轴式
P314的电动机减速机构为行星齿轮式,P710为平行齿轮式
新型变速箱(P710)的模式图和动力传递路径:
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现行变速箱和新型变速箱的主要规格:
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革新技术
结构变更以及电机小型化
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PCU搭载方法变更
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降低机械损失
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电动机减速机构变更成平行轴式,降低有负荷状态下的损失
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最优化变速箱油流动路径,降低无负荷损失
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新型扭转减振弹簧
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新型扭转减振弹簧构造
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新型扭转减振弹簧性能
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新型扭转减振弹簧性能
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总结
①小型轻量化
与现行相比,实现全长:-31.6(mm),重量:-22.8(kg)
・电动机采用平行轴式齿轮减速机构。
・缩小电机体积。
②机械损失的低减
与现行相比,机械损失降低:-25%
・电机减速机构采用平行轴式齿轮,啮合点减少。
・轴承小型化。
・采用飞溅式保证润滑的同时,降低动态油面高度。
③Noise & Vibration (NV) 性能的改进
・采用新型扭转减振器,优化减振率。


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