JP2009247119A

JP2009247119A - 駆動装置

Info

Publication number: JP2009247119A
Application number: JP2008090824A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Aoki; 一雄青木; Junji Tsuruoka; 純司鶴岡; Tomoo Shin; 智夫新; Takafumi Koshida; 崇文越田; Manabu Miyazawa; 学宮澤; Tatsuyuki Uechi; 辰之上地
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22
Also published as: US20090243443A1; WO2009122597A1

Abstract

【課題】装置全体としてはコンパクトな構成としながらも、コンデンサの熱負荷を低減する構成を採用した駆動装置を提供する。
【解決手段】インバータ４及びインバータの電源電圧を平滑化するコンデンサ５と回転電機ＭＧ１を収容するケース２とを備えた駆動装置。このケースには、回転電機の軸心径方向で記回転電機の外側に、インバータを収容するインバータ収容空間部Ｒｉと前記コンデンサを収容するコンデンサ収容空間部Ｒｃとからなる制御機器収容空間Ｒ２が形成され、制御機器収容空間と前記回転電機との間に冷媒が流れる冷媒流通室６が形成されている。コンデンサ収容空間部と冷媒流通室との間にコンデンサ収容空間部と前記冷媒との熱交換を行うコンデンサ用熱交換フィンが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータやジェネレータ等の回転電機を備えた駆動装置に関し、特に、ハイブリッド車両や電動車両等の各種車両に好適に用いられる駆動装置に関する。

モータやジェネレータ等の回転電機と、この回転電機の制御を行う制御装置と、これらを収容するケースとを備えた駆動装置を、ハイブリッド車両や電動車両等の各種車両に適用することが既に行われている。そのような駆動装置の制御装置には、インバータやこのインバータの電源電圧を平滑化するコンデンサが含まれている。制御装置は、ブリッジ回路によって形成される駆動用インバータを駆動することによってバッテリから供給された直流電流を３相の相電流に変換し、この各相電流を駆動モータ（回転電機の一種）に供給する機能、また、ブリッジ回路によって形成される発電用インバータを駆動することによって発電機モータ（回転電機の一種）から供給された３相の相電流を直流電流に変換してバッテリに供給する機能を有している。

駆動装置を小型化するためには制御装置の配置を考慮する必要があるが、熱的負荷に弱いインバータやコンデンサの配置が特に重要となる。例えば、特許文献１による駆動装置では、第一軸線上に配設された発電機モータと、前記第一軸線と平行な第二軸線上に配設された駆動モータと、前記発電機モータ及び駆動モータを収容する駆動装置ケースと、発電機モータ・駆動モータ用のインバータと、前記インバータの電源電圧を平滑化する平滑用コンデンサとを有するとともに、前記インバータは、発電機モータ及び駆動モータの径方向に位置させて前記駆動装置ケースに取り付けられ、前記平滑用コンデンサはその端部を突出させて駆動装置ケース内に取り付けられている。つまり、インバータ及び平滑用コンデンサを駆動装置と一体とし、平滑用コンデンサを端部を突出させて駆動装置ケース内に取り付けることにより、駆動装置内部のデッドスペースを有効利用し、全体としてコンパクトな構成の駆動装置を実現している。

特開２０００−２１７２０５号公報（段落番号０００８−００１２、図１）

上述した従来の駆動装置では、インバータは冷却水によって冷却することができる。一方、平滑用コンデンサは駆動装置ケースに設けられた内部に向かって延びた凹部に近接して配置されているが、この駆動装置ケースは熱伝導性が高いことから、平滑用コンデンサは大きな熱負荷を受ける。
上記実情に鑑み、本発明の目的は、装置全体としてはコンパクトな構成としながらも、コンデンサの熱負荷を低減する構成を採用した駆動装置を提供することである。

上記目的を達成するための本発明に係る、回転電機と、前記回転電機の制御に用いられるインバータ及び前記インバータの電源電圧を平滑化するコンデンサと、前記回転電機を収容するケースとを備えた駆動装置の特徴構成は、前記ケースには、前記回転電機の軸心径方向で前記回転電機の外側に、前記インバータを収容するインバータ収容空間部と前記コンデンサを収容するコンデンサ収容空間部とからなる制御機器収容空間が形成され、前記制御機器収容空間と前記回転電機との間に冷媒が流れる冷媒流通室が形成され、前記コンデンサ収容空間部と前記冷媒流通室との間に前記コンデンサ収容空間部と前記冷媒との熱交換を行うコンデンサ用熱交換フィンが設けられている点にある。

なお、本願では、「回転電機」は、モータ（電動機）、ジェネレータ（発電機）、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。

この特徴構成によれば、回転電機の軸心径方向で前記回転電機の外側にインバータやコンデンサなどの制御機器を配置することで駆動装置をコンパクト化しているが、インバータやコンデンサなどを収容する制御機器収容空間と回転電機との間に冷媒が流れる冷媒流通室を配置することで回転電機からインバータやコンデンサへの熱伝導も抑制されている。さらに、コンデンサ収容空間部と冷媒流通室との間にはコンデンサ収容空間部と冷媒との熱交換を行うコンデンサ用熱交換フィンが設けられることでコンデンサ収容空間部内の温度上昇が抑制され、コンデンサの熱的環境が改善され、コンデンサの熱負荷が低減する。

さらに、前記制御機器収容空間が前記回転電機の軸心周方向に延び、前記インバータと前記コンデンサとが前記軸心周方向に並設されていると好適である。この特徴構成によれば、インバータとコンデンサとが、回転電機の外周輪郭に沿って並ぶことになり、インバータ及びコンデンサを一体的に配置しても駆動装置の外形を回転電機の径方向及び軸方向ともに小さくすることができる。

また、前記制御機器収容空間は互いに略直交する方向に延びる第一空間部と第二空間部とがそれぞれの一端で連結されてなる略Ｌ字状空間であり、前記第一空間部がインバータ収容空間部として利用され、前記第二空間部がコンデンサ収容空間部として利用されると好適である。略Ｌ字状空間として形成された制御機器収容空間の一方辺としての第一空間部にインバータが収容され、他方辺としての記第二空間部にコンデンサが収容され、その結果、回転電機とインバータとコンデンサとの間に形成される、一側面が湾曲面となった略区三角柱状のデッドスペースに冷媒流通室が形成されることになり、スペースの有効利用が図られている。さらにその際、前記Ｌ字状の制御機器収容空間と前記回転電機の外周面とによって規定される前述した略三角柱形状空間（デッドスペース）に適合するように前記冷媒流通室が形成されると、スペースの有効利用とコンデンサやインバータに対する優れた冷却効果の両方を得ることができる。

また、好適な形態として、前記第一空間部は前記回転電機の下方に設けられ、前記第二空間部は前記回転電機の側方に設けられる構成を採用すると、コンデンサ収容空間は熱のこもりやすい上方位置となるが、そのコンデンサ収容空間部内の温度上昇はコンデンサ用熱交換フィンによって効果的に抑制される。

また、前記コンデンサを、前記第二空間部内における前記コンデンサ用熱交換フィンと所定間隔の隙間をあけて向かい合うように取り付けることで、コンデンサの回転電機に向き合った面を熱交換フィンで冷却された空気が通過するため、コンデンサの熱的環境を改善することができる。

また、前記コンデンサ収容空間部側に前記冷媒流通室に対する流入路と流出路とが設けられていると好適である。この構成によれば、コンデンサ収容空間部が冷媒のための流入路と流出路によっても冷却されるという利点が得られる。

また、前記制御機器収容空間の前記回転電機とは反対側に、前記ケースに装着されることで前記制御機器収容空間の内部を覆うカバーが配置され、前記カバーの外面と内面の両方に冷却フィンが設けられていると好適である。この構成によれば、冷却フィンにより制御機器収容空間を効果的に冷却することができる。インバータ収容空間部とコンデンサ収容空間部のそれぞれのカバーに冷却フィンを設けることが望ましいが、どちらか一方、例えばインバータ収容空間の内部を覆うカバーだけに冷却フィンが設けられるだけでも、相当な冷却効果が得られ、それによってコンデンサ収容空間部の温度上昇も抑えることができる。

以下に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明を、ハイブリッド車両用の駆動装置１に適用した場合を例として説明する。図１は、本実施形態に係る駆動装置１の断面図である。図２は、図１で示された駆動装置１を左側方から見た側面図であり、この側面図ではコンデンサ収容空間部を覆うサイドカバー３２とコンデンサ５とが外されているとともに、冷媒流通室が断面の形で示されている。図３は、図１で示された駆動装置１を下側から見た底面図であり、この底面図ではインバータ収容空間部を覆うアンダーカバー３１が外されている。図４は、駆動装置１の各動力伝達要素とエンジンＥとの関係の一例を示す概略図である。

これらの図に示すように、本実施形態に係る駆動装置１は、第一回転電機ＭＧ１及び第二回転電機ＭＧ２の２つの回転電機と、ディファレンシャル装置ＤＦとを一つのケース２の内部に収容して構成されている。更に、この駆動装置１では、これら２つの回転電機ＭＧ１、ＭＧ２の電力制御を行うインバータ４や、このインバータ４の電源電圧を平滑化するコンデンサ５や、ここでは図示されていないインバータ４と２つの回転電機ＭＧ１、ＭＧ２とを電気的に接続するバスバー等も、同じケース２の内部に収容されている。この際、ケース２は、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２等が収容される機械収容空間Ｒ１と、インバータ４やコンデンサ５などが収容される制御機器収容空間Ｒ２とを備え、これらの空間Ｒ１、Ｒ２を、隔壁２１により互いに区画した構成を有している。以下、本実施形態に係る駆動装置の各部の構成について詳細に説明する。

１．駆動装置の機構部の構成
まず、本実施形態に係る駆動装置１の機構部の構成について概略的に説明する。図１に示すように、この駆動装置１は、第一回転電機ＭＧ１及び第二回転電機ＭＧ２の２つの回転電機と、ディファレンシャル装置ＤＦとを備えている。なお、図１には、これらの外形のみを示し、詳細な形状は省略している。これらの第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２、及びディファレンシャル装置ＤＦは、径方向に互いに隣接して配置され、これらの軸を結ぶ線が三角形を形成するように配置されている。ここでは、第一回転電機ＭＧ１の軸（すなわち第一回転電機ＭＧ１のロータの回転軸）を第一軸Ａ１、第二回転電機ＭＧ２の軸（すなわち第二回転電機ＭＧ２のロータの回転軸）を第二軸Ａ２、ディファレンシャル装置ＤＦの軸（ディファレンシャル装置ＤＦの出力軸）を第三軸Ａ３とする。これら第一軸Ａ１、第二軸Ａ２、及び第三軸Ａ３は、互いに平行に配置されている。図示されるように、第一軸Ａ１を基準とした場合、鉛直方向では、第二軸Ａ２は第一軸Ａ１に対して上方に配置され、第三軸Ａ３は第一軸Ａ１に対して下方に配置されている。また、水平方向では、第二軸Ａ２及び第三軸Ａ３は共に第一軸Ａ１に対して一方側（図１における右側）に配置され、第二軸Ａ２は第三軸Ａ３に対してやや一方側（図１における右側）に配置されている。また、第一回転電機ＭＧ１と第二回転電機ＭＧ２とは、第一軸Ａ１の軸方向（図１における紙面に垂直な方向）に重複する位置に配置されている。これにより、駆動装置１の軸方向の全長を短く抑えた構成となっている。これらの第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ、及びディファレンシャル装置ＤＦは、ケース２の機械収容空間Ｒ１内に収容されている。

図４に示すように、第一軸Ａ１上には、第一回転電機ＭＧ１及びそのロータＲｏ１の回転軸１１と、エンジンＥの出力軸に連結される入力軸１３と、第一回転電機ＭＧ１及び入力軸１３の回転をディファレンシャル装置ＤＦ側へ伝達するための遊星ギヤ変速機構１４が配置されている。遊星ギヤ変速機構１４は、第一回転電機ＭＧ１及び入力軸１３の回転をギヤ伝動機構１５を中継としてディファレンシャル装置ＤＦ側へ伝達可能に構成されている。このギヤ伝動機構１５は第二回転電機ＭＧ２の回転をディファレンシャル装置ＤＦ側に中継する機能を有する。ディファレンシャル装置ＤＦの出力軸ＤＦｏは、ここでは図示されていない車輪に駆動連結されている。したがって、第一回転電機ＭＧ１及び第二回転電機ＭＧ２の回転は、ディファレンシャル装置ＤＦを介し、当該ディファレンシャル装置ＤＦの出力軸ＤＦｏの回転としてケース２の外部に出力され、車輪に伝達される。

２．ケース及びカバーの構成
図１及び図２に示すように、ケース２は、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２等が収容される機械収容空間Ｒ１と、インバータ４やコンデンサ５などが収容される制御機器収容空間Ｒ２とを備えている。機械収容空間Ｒ１と制御機器収容空間Ｒ２とは、隔壁２１により互いに区画されている。本実施形態においては、上記のとおり、機械収容空間Ｒ１には、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２、ディファレンシャル装置ＤＦ、及び遊星ギヤ変速機構１４が収容される。

ケース２の外形を構成する外周壁２５は、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２、及びディファレンシャル装置ＤＦの各軸（第一軸Ａ１、第二軸Ａ２、及び第三軸Ａ３）に略平行な軸を有する異形筒状に形成されている。機械収容空間Ｒ１は、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２、ディファレンシャル装置ＤＦ、及び遊星ギヤ変速機構１４等の軸（第一軸Ａ１、第二軸Ａ２、及び第三軸Ａ３）に略平行な軸を有し、これらの外形を囲む形状の異形筒状に形成されている。制御機器収容空間Ｒ２は、このような機械収容空間Ｒ１の径方向外側の一部を囲むように形成されている。

図１から理解できるように、制御機器収容空間Ｒ２は第一回転電機ＭＧ１の外形に沿うように半円状に延びている隔壁２１の外側に位置しており、第一回転電機ＭＧ１の軸心周方向に延びている。制御機器収容空間Ｒ２は図１に示された方向からみて、断面がＬ字状の空間となっているが、垂直方向に延びる補助隔壁２２によって、水平な第一空間部と垂直な第二空間部に区分けされている。その際、第一空間部と第二空間部とがそれぞれの一端で連結されている。この第一空間部はインバータ４を収納するインバータ収容空間Ｒｉとして用いられ、第二空間部がコンデンサ収容空間Ｒｃとして用いられている。

インバータ４は、隔壁２１と補助隔壁２２に形成された水平取り付け面ＨＳにボルトにより取り付けられ、取り付け後はほぼ水平姿勢となる。コンデンサ５は、隔壁２１と補助隔壁２２から突出したフランジ部に形成された垂直取り付け面ＶＳにボルトにより取り付けられ、取り付け後はほぼ垂直姿勢となる。従って、インバータ４とコンデンサ５は第一回転電機ＭＧ１の軸心周方向で横並びしている。インバータ４の表面には２段重ねの制御基板４３が取り付けられている

インバータ収容空間Ｒｉはアンダーカバー３１によって覆われており、コンデンサ収容空間Ｒｃはサイドカバー３２によって覆われている。アンダーカバー３１の内側面と外側面のそれぞれに冷却フィン３１ａと３１ｂが形成されており、インバータ収容空間Ｒｉに対する冷却効果を高めている。なお、冷却フィン３１ａと３１ｂは車両の走行風の流れる方向に対して平行となるように延びている。

図３に示されているように、インバータ４は、第一回転電機ＭＧ１のＵ相、Ｖ相、及びＷ相の３相のコイルに接続される３個の端子４１、及び第二回転電機ＭＧ２のＵ相、Ｖ相、及びＷ相の３相のコイルに接続される３個の端子４２を備えている。インバータ４の各端子４１と４２は、図示されていないバスバーを介して各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２の各相のコイルに接続され、各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に交流電力を供給し、或いは各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２が発電した電力の供給を受ける。なお、インバータ４とコンデンサ５との間の接続線の図示は省略されている。

３．制御機器冷却構造の構成
インバータ４とコンデンサ５と隔壁２１によって規定される空間、つまり補助隔壁２２とインバータ４と隔壁２１によって包囲された空間領域に、三角柱形状の冷媒流通室６が形成されている。図１において、冷媒流通室６の下方面側には直接インバータ４が位置しており、冷媒流通室６の左側面側には補助隔壁２２を挟んでコンデンサ５が位置している。補助隔壁２２とコンデンサ５の間には空気流通可能なように隙間があけられている。また、補助隔壁２２のコンデンサ５側の壁面には熱交換フィン２３が形成されており、補助隔壁２２とコンデンサ５の間を流通している空気と熱交換フィン２３との間の熱交換が効率よく行われるように構成されている。

図５には、冷媒流通室６の構造が模式的に図解されて示されている。図５から理解できるように、冷媒流通室６は区画壁６０によって冷媒流れ方向で上流側に位置する第一冷媒流通室６１とその下流側に位置する第二冷媒流通室６２に分割されている。つまり、第一回転電機ＭＧ１の軸心方向にそって第一冷媒流通室６１と第二冷媒流通室６２が並ぶ配置となっている。さらに、冷媒流れ方向に関して第一冷媒流通室６１と第二冷媒流通室６２との間に、仕切り板６３と冷却フィン体６４とによって作り出される熱交換室６５（図１参照）が仕切られている。

仕切り板６３は、第一冷媒流通室６１と第二冷媒流通室６２と区画壁６０の下面に一致する天板部６３ａと、その天板部６３ａの内側に空間を作り出すように形成された周辺部６３ｂとからなる。つまり、仕切り板６３は、１枚の平板を絞り加工によって作られた縁あり直方体容器のような形状を有する。冷却フィン体６４は、仕切り板６３の凹み部のところにちょうど嵌まり込むような形状寸法を有しており、冷却フィン体６４と仕切り板６３を組み合わせることにより多数の溝からなる熱交換室６５が作り出される。また、仕切り板６３の天板部６３ａの両端部には熱交換室６５への流入口となる第一長孔６３ｃと、熱交換室６５からへの流出口となる第二長孔６３ｄが設けられている。このような冷媒流通室６の構造によって、第一冷媒流通室６１に流入してきた冷媒は、第一長孔６３ｃを経て熱交換室６５に入り、さらに第二長孔６３ｄを経て、第二冷媒流通室６２に入る。

第一冷媒流通室６１には冷媒流入路６６が接続されており、第二冷媒流通室６２には冷媒流出路６７が接続されている。冷媒流入路６６と冷媒流出路６７はＬ形形状であり、コンデンサ５が配置されている側で、第一回転電機ＭＧ１の軸心周方向に関して同じ位置で、冷媒流入路６６の流入口６６ａが上側で冷媒流出路６７の流出口６７ａが下側となるように配置されている。

上記実施形態では、インバータ収容空間Ｒｉを覆うアンダーカバー３１だけがその内側面と外側面のそれぞれに冷却フィン３１ａと３１ｂが形成されていたが、コンデンサ収容空間Ｒｃを覆うサイドカバー３２の内側面と外側面の少なくとも一方の面に冷却フィンを設けてもよい。

本発明は、モータやジェネレータ等の回転電機を備えた駆動装置であって、例えばハイブリッド車両や電動車両等の各種車両に好適に用いられる駆動装置に好適に利用可能である。

本発明の実施形態に係る駆動装置のカバーを外した状態の断面図図１による駆動装置の側面図図１による駆動装置の底面図駆動装置の模式図冷却流通室の図解模式図

符号の説明

１：駆動装置
２：ケース
４：インバータ
５：コンデンサ
６：冷媒流通室
２１：隔壁
２２：補助隔壁
２３：熱交換フィン
Ｒ１：機械収容空間
Ｒ２：制御機器収容空間
Ｒｉ：インバータ収容空間
Ｒｃ：コンデンサ収容空間
ＭＧ１：第一回転電機（回転電機）
Ｅ：エンジン

Claims

回転電機と、
前記回転電機の制御に用いられるインバータ及び前記インバータの電源電圧を平滑化するコンデンサと、
前記回転電機を収容するケースと、
を備えた駆動装置であって、
前記ケースには、前記回転電機の軸心径方向で前記回転電機の外側に、前記インバータを収容するインバータ収容空間部と前記コンデンサを収容するコンデンサ収容空間部とからなる制御機器収容空間が形成され、
前記制御機器収容空間と前記回転電機との間に冷媒が流れる冷媒流通室が形成され、
前記コンデンサ収容空間部と前記冷媒流通室との間に前記コンデンサ収容空間部と前記冷媒との熱交換を行うコンデンサ用熱交換フィンが設けられている駆動装置。
前記制御機器収容空間は前記回転電機の軸心周方向に延びており、前記インバータと前記コンデンサとが前記軸心周方向に並設されている請求項１に記載の駆動装置。
前記制御機器収容空間は互いに略直交する方向に延びる第一空間部と第二空間部とがそれぞれの一端で連結されてなる略Ｌ字状空間であり、前記第一空間部がインバータ収容空間部として利用され、前記第二空間部がコンデンサ収容空間部として利用されている請求項２に記載の駆動装置。
前記第一空間部は前記回転電機の下方に設けられており、前記第二空間部は前記回転電機の側方に設けられている請求項３に記載の駆動装置。
前記コンデンサは、前記第二空間部内における前記コンデンサ用熱交換フィンと所定間隔の隙間をあけて向かい合うように取り付けられている請求項３又は４に記載の駆動装置。
前記Ｌ字状の制御機器収容空間と前記回転電機の外周面とによって規定される略三角柱形状空間に適応するように前記冷媒流通室が形成されている請求項３から５のいずれか一項に記載の駆動装置。
前記コンデンサ収容空間部側に前記冷媒流通室に対する流入路と流出路とが設けられている請求項３から６のいずれか一項に記載の駆動装置。
前記制御機器収容空間の前記回転電機とは反対側に、前記ケースに装着されることで前記制御機器収容空間の内部を覆うカバーが配置され、前記カバーの外面と内面の両方に冷却フィンが設けられている請求項１から７のいずれか一項に記載の駆動装置。