JP3975394B2

JP3975394B2 - 電動駆動装置制御ユニット

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Publication number: JP3975394B2
Application number: JP2001398633A
Authority: JP
Inventors: 正幸竹中; 清隆古賀; 智堂村上
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2003199363A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を動力とする駆動装置の制御ユニットに関し、特に、電気自動車用駆動装置やハイブリッド車用駆動装置に用いる制御ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電動機（本明細書において、モータと、モータとしても作動させるジェネレータを総称して電動機という）を収容する駆動装置ケース上に、電動機と駆動装置の制御のためのインバータを構成するＳＷ素子パワーモジュールやコンデンサ等を収容したインバータケースを搭載したインバータ一体化モータ駆動装置が開発されてきている。こうしたインバータ等を内蔵する制御ユニットを一体化した駆動装置を車両、特にそのエンジンルーム内に搭載する場合、一意に一体化するとは言え、インバータ周辺には様々な搭載上の制約が発生する。例えば、車両前後方向にはクラッシャブルゾーンを確保する必要があり、左右方向にはサイドメンバーが存在する等といった制約がそれに当る。そこで、インバータ等を含む制御ユニットを、駆動装置から比較的制約の少ない車両上方向に延ばした形態で配設した駆動装置が、特開２００１−１１９８９８号公報において提案されている。
【０００３】
この駆動装置の制御ユニットは、駆動装置ケースの頂部に固定する有底矩形筒状のインバータケースの底壁にインバータのスイッチング素子パワーモジュールを固定し、ケースフレームの筒状胴部の中間に張出させた取付部に、インバータの平滑コンデンサをブラケットを介して固定し、更に、胴部頂壁に制御基板を固定した構造とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術におけるインバータケースの駆動装置に対する一体化のための位置付けは、それ自体適切なものではあるが、インバータケースの構造に関して、更に改善すべき下記のような課題が残されている。
【０００５】
（コンパクト性）
大電流を扱うインバータのスイッチング素子パワーモジュールは、それ自体発熱体であるため、冷却性を考慮して、その表面積を広くされるのが一般的である。これに対して、インバータケースのフレームの胴部は、パワーモジュールを取り囲むようになっているため、比較的大きい面積を有する筒体となる。したがって、フレームに固定される平滑コンデンサや制御基板も、その面積に合わせなければならない。すなわち、フレームの胴部が四角形の形状を有する筒状に構成されるため、それに固定される平滑用コンデンサ、制御基板及びスイッチング素子パワーモジュールの内の最大面積を有するものにより胴部の面積が定まり、他の２部品もその面積に合わさざるを得ないため、面積的に３部品間で影響を与えてしまい、他の２部品の周りにデッドスペースが出来てしまうのは必至である。
【０００６】
（組立性）
ケースフレーム胴部の高さ方向におけるほぼ中央の張出部に平滑コンデンサを保持したブラケットをボルト止めする構造であるため、ねじ締め作業がフレーム奥部の作業となる上、平滑コンデンサと胴部の壁との隙間が僅かしかないため、この僅かな空間を通してブラケットをフレームに締結する作業が極めて困難なものとなる。同様のことが、平滑コンデンサの端子と配線基板部を接続する際の作業についても言える。
【０００７】
（製造性）
ケースフレームは、その胴部の下端、ほぼ中央及び上端において、インバータ・制御基板収容室内に向けて突出させられるＤＣコネクタ用の支持部、コンデンサブラケット用の第１の取付部、制御基板用の第２の取付部を、高さ方向における３ケ所に、内方に向けて突出する部分として備える構造であるため、ケースフレームをダイカストのような一般的な工法で製造することが困難であり、特殊な工法が必要で工数やコストアップになってしまう。
【０００８】
（耐震性）
ケースフレームの構造上、最上方の部品に対する支持部を胴部の周りにしか設けることができないため、曲げ剛性の低い制御基板が、その周縁部のみでフレームに固定される構造となり、この構造では振動等で中央部が撓み易いため、制御に悪影響を与える膜振動の発生の可能性が懸念される。
【０００９】
そこで、こうした種々の問題点を解決すべく、本発明は、制御ユニットを構成する各部品を、それらの大きさの順に順次積み重ねて固定する構成を採ることで、コンパクト性、組立性、製造性、耐震性共に優れた電動駆動装置制御ユニットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、請求項１に記載のように、電動機を備える駆動装置の電動機制御のためのインバータと、前記駆動装置を制御する制御基板とを収容した電動駆動装置制御ユニットにおいて、前記インバータのスイッチング素子パワーモジュールを収納する有底矩形短筒状のケースフレームである第１の基台と、リブ構造を有し、前記インバータ用の平滑コンデンサを載置するブラケットである第２の基台と、前記制御基板を載置する第３の基台と、を備えてなり、前記第２の基台を、前記第１の基台としての前記ケースフレーム内の少なくとも４隅に設けられ、ねじ穴が形成されたボス部である載置取付け部にボルトにより締結固定すると共に、前記第３の基台を前記第２の基台に固定したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、請求項２に記載のように、２つの電動機を備える駆動装置の電動機制御のためのインバータと、前記駆動装置を制御する制御基板とを収容した電動駆動装置制御ユニットにおいて、前記インバータの前記２つの電動機用の各スイッチング素子パワーモジュールを並べて収納する有底矩形短筒状のケースフレームである第１の基台と、リブ構造を有し、前記インバータ用の平滑コンデンサを載置するブラケットである第２の基台と、前記制御基板を載置する第３の基台と、を備えてなり、前記第２の基台を、前記第１の基台としての前記ケースフレーム内の少なくとも４隅に設けられ、ねじ穴が形成されたボス部である載置取付け部にボルトにより締結固定すると共に、前記第３の基台を前記第２の基台に固定したことを特徴とする。
【００１２】
上記の場合、請求項３に記載のように、前記平滑コンデンサは、前記２つの電動機のスイッチング素子パワーモジュールに共通の平滑回路に介装された構成とすると更に有効である。
【００１３】
また、請求項４に記載のように、前記各スイッチング素子パワーモジュールは、それらの直流端子を前記第１の基台の一方側に、それらの出力端子を他方側に揃えて並べられた構成とするのも有効である。
【００１４】
上記の構成において、請求項５に記載のように、前記平滑コンデンサは、その端子を前記スイッチング素子パワーモジュールの直流入力側に向けて前記第２の基台に固定された構成を採るのが有効である。
【００１５】
また、上記いずれかの構成において、請求項６に記載のように、前記制御基板は、その周縁部分と中央部分で前記第３の基台に固定された構成を採るのも有効である。
【００１６】
更に、上記いずれかの構成において、請求項７に記載のように、前記第３の基台は、緩衝部材を介して前記第２の基台に固定された構成とするのが有効である。
【００１７】
上記各構成からなる電動駆動装置制御ユニットは、請求項８に記載のように、前記駆動装置に一体化される構成とするのが有効である。
【００１８】
上記の場合、請求項９に記載のように、電動駆動装置制御ユニットは、車両前方に対して、前傾姿勢で電動駆動装置に取り付けられる構成とすると更に有効である。
【００１９】
上記の場合、請求項１０に記載のように、前記ケースフレームの上部はカバーで被覆され、前記カバーの前面と後面は、車両への搭載状態で垂直面と水平面となる傾斜面とされた構成とすると更に有効である。
【００２０】
また、上記いずれかの構成において、請求項１１に記載のように、前記第３の基台は、前記第２の基台側とは反対側に、前記制御基板の取付け部を有する構成とすることも有効である。
【００２１】
更に、上記いずれかの構成において、請求項１２に記載のように、前記第２の基台の４隅の前記載置取付け部と符合する位置に、前記載置取付け部への取り付けのための締結部が設けられていることも有効である。
【００２２】
また、上記いずれかの構成において、請求項１３に記載のように、前記第２の基台の少なくとも前記締結部より内側の４隅に、前記制御基板を取り付けるための第２載置取付け部が設けられ、前記第３の基台の４隅の前記第２載置取付け部と符合する位置に、前記第２載置取付け部への取り付けのための第２締結部が設けられていることも有効である。
【００２３】
更に、上記いずれかの構成において、請求項１４に記載のように、前記ケースフレームに固定され、該ケースフレームとともに、前記スイッチング素子パワーモジュール、前記平滑コンデンサ及び前記第２の基台、並びに前記制御基板及び前記第３の基台を覆うカバーを備えた構成とすることも有効である。
【００２４】
【発明の作用及び効果】
上記請求項１に記載の構成では、コンパクト性に関して、制御ユニットを構成するスイッチング素子パワーモジュール、平滑コンデンサ及び制御基板の３部品を基台を介して高さ方向に積み上げた構成となるため、面積的に小さくすることができ、制御ユニットの小型化が可能となる。また、こうした基台を介する積み上げ構成とすることで、各部品をサブアッシー化して、互いが他の２部品の面積に規制されることなく、それ自体に最適な大きさで構成することができるため、一般的に冷却性を考えて表面積を確保しなければならないスイッチング素子パワーモジュールを最大の第１の基台に固定し、大きな面積を必要としない制御基板を最小の第３の基台に固定し、要求するインバータの性能等によって、その数や大きさが異なるものの、概ねそれらの中間の面積となる平滑コンデンサを中間の第２の基台に固定することで、それらが上に重なるに連れて面積的に小さくなっていく関係となり、制御ユニットが立体的にも小型化される。また、組立性に関しても、各々の部品を基台ごとにサブアッシー化して単純に固定するだけなので、作業スペースの制約が生じることがないため、組立性が向上する。更に、製造性についても、上記のような積み上げ構成により、各基台の形状が単純化されるため、各々の基台をダイカスト等の一般的な工法で製造することができるため、工数やコスト削減が可能となる。そして、付随的な効果として、スイッチング素子パワーモジュールと平滑コンデンサが上下に重なった近接配置となるため、それらの結線を短くすることで、スイッチングにより生じるサージ電圧を小さくすることができる。しかも、基台を介する載置で、第２の基台と第３の基台が、スイッチング素子のスイッチングノイズを遮蔽する役割を果たし、平滑コンデンサと制御基板に悪影響を及ぼすのを防止することができる。
【００２５】
次に、請求項２に記載の構成では、上記の各効果が、２つの電動機を備える電動駆動装置用の制御ユニットにおいて達成される。
【００２６】
また、請求項３に記載の構成では、制御ユニットのインバータの平滑回路において最大のスペースを要する平滑コンデンサのための配設スペースを削減して、２つの電動機を駆動用及び発電用として備える電動駆動装置用の制御ユニットを一層コンパクト化することができる。
【００２７】
更に、請求項４に記載の構成では、スイッチング素子パワーモジュールの各端子の整列により、それらに接続するバスケーブル、バスパネル等の配線上の引き回しが整理されるため、それらの配設スペースの削減に役立つとともに、組立工数の低減も可能となる。
【００２８】
更に、請求項５に記載の構成では、インバータを構成するスイッチング素子パワーモジュールと平滑コンデンサとの直流回路上での最短距離接続が可能となるため、インバータのスイッチングにより生じるサージ電圧を一層小さくすることができる。
【００２９】
また、請求項６に記載の構成では、制御ユニットを構成する他の部品に比べて薄板状であることで撓みやすく、振動が加わる場合の共振で膜振動を生じやすい制御基板を、第３の基台の剛性を利用して高剛性化することができるため、制御ユニットの耐震性を向上させることができる。
【００３０】
また、請求項７に記載の構成では、制御ユニットが振動した場合でも、制御基板への振動の伝播を緩衝部材で減衰させることができるため、上記の理由で振動に弱い制御基板を保護することができるため、それにより制御ユニット全体の耐震性を一層向上させることができる。
【００３１】
また、請求項８に記載の構成では、前記のような各基台を介する積み上げ方式で面積的にも、立体的にもコンパクト化された制御ユニットを一体化することで、制御ユニット一体化電動駆動装置の全体構成をコンパクト化することができ、それにより駆動装置の車両への搭載性を向上させることができる。
【００３２】
また、請求項９に記載の構成では、制御ユニット一体化電動駆動装置の外形上で、車両への搭載上でスペース的に余裕のある車両上方かつ前方に斜めに制御ユニットが延びる形態となるため、駆動装置の全高と前後方向寸法の増加を最小限に抑えた構成を実現できる。
【００３３】
また、請求項１０に記載の構成では、制御ユニット一体化電動駆動装置の外形上で、特に駆動装置の上方と前方に突出部が生じない形状とすることができるため、駆動装置の車両への搭載性が一層向上する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿い、本発明の実施形態を説明する。図１は実施形態に係る電動駆動装置制御ユニットを分解斜視図で示す。この制御ユニットは、電動機制御のための電動機制御ユニットと、駆動装置を制御する制御ユニットとから構成される。電動機制御ユニットは、駆動用電動機（以下モータという）及び発電用電動機（以下ジェネレータという）を共に車載バッテリを電源として駆動する３相交流電動機とすることから、モータ及びジェネレータをそれぞれ制御するインバータとされている。
【００３５】
周知のように、交直流変換器としてのインバータは、一般に図２に示すような電気回路構成を取るもので、モータＭ用のものについては、バッテリ電源（Ｂ）の直流をスイッチング作用で交流（電動機が３相交流電動機の場合は３相）に変換してモータ（Ｍ）の３相コイル（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に供給し、ジェネレータ（Ｇ）用のものについては、３相コイル（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に生じる交流をスイッチング作用と、平滑コンデンサ（Ｃ）とチョークコイル（Ｌ）による平滑化で直流に変換してバッテリ電源（Ｂ）に供給するものである。
【００３６】
この形態では、インバータのスイッチング回路部は、図３に実体的平面構成を示すように、スイッチングトランジスタや付随の回路チップと、それらを配した回路基板からなるスイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇとされており、基板の一方側に２極の直流端子Ｐ１，Ｐ２が配置され、他方側に３極の交流端子Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５が配置されている。図２に示す直流回路部の平滑コンデンサＣは、これらモジュールＵｍ，Ｕｇとは直流端子Ｐ１，Ｐ２にバスパネルを介して接続する別配置とされている。また、駆動装置制御ユニットは、駆動装置全体を制御する各種プログラム及びデータを格納したメモリとマイクロコンピュータを主体とする電子制御装置（ＥＣＵ）を構成するもので、実体的には、各種機能チップを回路上に配した制御基板Ｕｃの形態を取るものとされている。
【００３７】
図１に戻って、制御ユニットを収容する第１の基台としてのケース２０は、放熱と軽量を目的としてアルミニウム材の鋳造品からなり、２つのスイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇを、それらの直流端子Ｐ１，Ｐ２と交流端子Ｐ３〜Ｐ５の向きを揃えて、隣接させて並べた外形に概ね符合する断面形状の有底矩形短筒状のフレーム構造とされている。フレーム２０の４隅と３極の交流端子Ｐ３〜Ｐ５側の辺部中央には、ねじ穴を形成したボス部が設けられ、これらが平滑コンデンサＣ用の第２の基台としてのブラケット２３の載置取付け部２０ｃとされている。
【００３８】
スイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇは、それらを収容するケースフレーム２０の底上げされた底壁の切削加工仕上げ面に密接させて、適宜の手段で最大限の接触面積を確保するように緊密に接触させて（この理由については、後に詳記する）直接固定されている。
【００３９】
平滑コンデンサＣは、本形態では３本構成とされ、それらの端子部（図１においては裏側に隠れている）をスイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇの直流端子Ｐ１，Ｐ２が設けられた直流入力側と同方向に向けてブラケット２３に並べて配置されている。ブラケット２３は、放熱性、軽量、高剛性を狙ってリブ構造を有する概ね板状とされ、板面から上方に突出する形態で横向き円筒状の平滑コンデンサ収容部２３ａが形成され、４隅には前記フレーム２０の載置取付け部２０ｃと符合する位置関係にボルト通し孔を形成した締結部２３ｂが設けられている。また、これら締結部２３ｂより内側の４隅と、それら４隅の概ね中間部に当る２箇所に、上方に延びる合計６個のボス部が設けられ、これらボス部にはねじ穴が形成されて制御基板Ｕｃの載置取付け部２３ｃ（第２載置取付け部）とされている。こうした構成からなるブラケット２３に対して、各平滑コンデンサＣは、収容部２３ａに嵌合させ、端子側の端面に当て付けた止め具のブラケット２３へのボルト止めにより抜け止め固定されている（この固定構造については、組付け過程を示す後出の図５参照）。
【００４０】
制御基板Ｕｃは、これも先のブラケット２３と同様に、放熱性、軽量、高剛性を狙ってリブ構造を有する概ね板状とされた第３の基台としてのブラケット２４の上面にねじ止め固定されており、このブラケット２４の４隅には、前記平滑コンデンサＣのブラケット２３の載置取付け部２３ｃと符合する位置関係に締結部２４ａ（第２締結部）が設けられている。図４に制御基板Ｕｃを除去してブラケット２４のみを示すように、制御基板Ｕｃの取付け部２４ｂはブラケット２４の上面から若干突出したボス部とされている。これらボス部は、縦横方向に実質上一定間隔で１２箇所設けられている。そして、これらボス部を避ける位置に、ブラケット２３の載置取付け部２３ｃと符合する位置関係に別の２箇所の締結部２４ａが設けられている。これらの締結部２４ａには、ゴム等の弾性材からなる緩衝部材２５が配設されている。これらの緩衝部材２５は、締結部２４ａの上下面と、そのボルト通し孔の内周面に沿うように締結部２４ａとボルトの間に介在する鍔付ブッシュ状とされている。
【００４１】
以上の構成からなる各ブラケット２３，２４は、まず平滑コンデンサＣのブラケット２３をフレーム２０内で載置取付け部２０ｃに位置合わせして５箇所でボルト止めすることで、図５に示すように、平滑コンデンサＣの＋−両端子がフレーム２０の上端より上方に突出した位置となる。そこでこの状態でコンデンサ端子とインバータの直流端子Ｐ１，Ｐ２を接続するバスパネル２６をボルト止めすることで、各平滑コンデンサＣのインバータ回路への接続が完了する。この際のバスパネル２６に対するインバータの直流端子Ｐ１，Ｐ２の位置は、フレーム２０の上端からみて極浅い位置にあるため、この部分のボルト止めは、空間的に狭くても極めて容易な作業となる。また、コンデンサ端子に対するバスパネル２６のボルト止めは、周りに空間的な制約がない状態で行なうことができる。
【００４２】
こうして平滑コンデンサＣの組付けが終わった後に、フレーム２０の上端より上方に突き出た平滑コンデンサＣのブラケット２３の上に、その載置取付け部２３ｃに位置合わせして制御基板Ｕｃのブラケット２４を載せ、６箇所でボルト止めすることで、図６に示すように、スイッチング素子パワーモジュールのみが横並びで、その上に平滑コンデンサＣが載置され、更にその上に制御基板Ｕｃが載置された上方に窄まった３階建て構造となる。こうして組み上がった制御ユニットＵの平滑コンデンサＣと制御基板Ｕｃを覆うように、フレーム２０の上部に帽子状、すなわちフレームとの合わせ面部で最大の外形を有し、上部が次第に狭まる形状のカバー２７を被せて、制御ユニットが完成する。
【００４３】
次に、前記の構成からなる制御ユニットＵをハイブリッド車用の駆動装置に一体化した実施形態を説明する。図７は駆動装置の各軸を同一平面上に展開して軸方向断面を示す。この駆動装置は、第１軸Ｉ上配置のジェネレータＧと、第２軸ＩＩ上配置のモータＭと、第４軸ＩＶ上配置のディファレンシャル装置Ｄと、第１軸Ｉ上配置のシングルピニオン構成のプラネタリギヤセットＰとを主要な構成要素とし、第１軸Ｉ上でプラネタリギヤセットＰに連結される図にクランク軸端のみを示す内燃機関（以下、エンジンという）Ｅと、これと同軸のジェネレータＧとをプラネタリギヤセットＰを介して相互且つ第３軸ＩＩＩ上のカウンタギヤ機構Ｔを介してディファレンシャル装置Ｄに駆動連結するとともに、モータＭをカウンタギヤ機構Ｔを介してディファレンシャル装置Ｄに直接連結し、更に、エンジンＥの逆回転阻止のためのワンウェイクラッチＦと、ジェネレータＧの空転阻止のためのブレーキＢとを付設した構成とされている。
【００４４】
図８に各軸の実際の位置関係をエンジンとの連結側から見た側面図で示すように、この駆動装置は、ディファレンシャル装置Ｄを配した第４軸ＩＶを最も低い位置とし、その概ね上方にモータＭを配した第２軸ＩＩを位置させ、第４軸ＩＶの前方（車載状態での前方、すなわち図示右側）やや上方にジェネレータＧ等を配した第１軸Ｉを位置させた配置とされている。なお、図８上では第３軸は現れていないが、この軸位置は、第１軸、第２軸及び第４軸の軸心を結ぶ直線で囲まれる三角形の概ね中央の位置にある。
【００４５】
こうした構成からなる駆動装置に対して、図１に示す制御ユニットＵは、駆動装置と一体化した状態での装置の全高を低くすべく、制御ユニットＵの取付け面が図８に示すようにモータＭ及びジェネレータＧの外径と概ね接するように連結され、モータＭ及びジェネレータＧの軸位置の高さが異なることから、駆動装置の前方に前傾姿勢で駆動装置ケース１０に取付けられている。そして、この前傾姿勢と、カバー２７の前記形状との関係が、カバー２７の前面を車両に対して実質上垂直に、また後面を実質上水平として、駆動装置全体の形状を前方及び上方に突出部のないコンパクトな外形とするのに役立っている。
【００４６】
この形態における制御ユニットＵは、これらを構成する各部品のうち、大電流を扱うスイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇが、その構成チップからの発熱が大きいことから、ケースフレーム２０の底壁で構成されるヒートシンクＨ（図７参照）に接しさせて冷却すべく、最下方に底壁面上に並べて配置し、その上部に前記のようにインバータの平滑回路用のコンデンサＣを配置し、更にその上方に制御基板Ｕｃを配置した構成とされている。
【００４７】
この形態では、駆動装置の機構各部の潤滑と、モータＭ及びジェネレータＧの冷却のために駆動装置ケース１０内でＡＴＦ（オートマチック・トランスミッション・フルイド：本明細書においてオイルという）を循環させ、このオイルを別のクーラント（例えば水、不凍液等を用いる）との熱交換で冷却する方式を採ることと、駆動装置にその制御ユニットＵを一体配置とし、これをクーラントとの熱交換で冷却する方式を採ることから、駆動装置と制御ユニットＵとの連結部に冷却装置が配置されている。
【００４８】
冷却装置は、駆動装置ケース１０側の合わせ面に形成されたオイル溜まり１１と、オイル溜まり１１を覆う蓋を構成するアルミ材等の熱伝導性のよい材料からなるフィン付伝熱壁１２と、制御ユニットＵの各部品を収容し、同様にアルミ材等の熱伝導性のよい材料からなるケースフレーム２０の底壁部２０ａに形成されたヒートシンクＨとで構成される。駆動装置ケース１０側のオイル溜まり１１は、プラネタリギヤセットＰのキャリアに駆動連結されたオイルポンプＯを圧送源とするオイル循環路の途中の油路を構成しており、その入口側と出口側に設けられた図示しないオリフィスによる流量調整で常に適切なオイル溜まり量を保つものとされている。ケースフレーム２０側のヒートシンクＨは、制御ユニットＵのモータＭ用及びジェネレータＧ用のスイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇに接するものとされ、ヒートシンクＨ内に形成された下方が開放された断面Ｕ字状の条溝２０ｂからなるクーラント流路Ｌを備える。この条溝の開放面側は、溝蓋を構成する壁部材としての断熱壁２２で閉じられている。
【００４９】
制御ユニットＵのモータＭ用及びジェネレータＧ用のスイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇに接するヒートシンクＨは、ケースフレーム２０の底壁２０ａを駆動装置ケース１０との合わせ面より底上げした形態で形成されている。底壁２０ａ内には、連続する凹部が断面Ｕ字状の条溝２０ｂとして形成され、条溝２０ｂの開放面側に添設して壁部材としての断熱壁２２が固定されている。この断熱壁２２は、底壁２０ａの条溝２０ｂと協働してヒートシンクＨ内にクーラント流路Ｌを画定している。
【００５０】
ヒートシンクＨへのクーラントの送り込みは、別途設けられた図示しない電動ポンプによる圧送で、適宜の図示しない外部配管を経て、ケースフレーム２０周壁の入口孔からなされる。クーラント流路Ｌに入った低温の流体は、直ちにジェネレータ用のスイッチング素子パワーモジュールＵｇの発熱チップの直下に導かれ、十分な温度勾配の熱交換でジェネレータ用のスイッチング素子パワーモジュールＵｇの特にチップ部分を冷却する。その後ジェネレータ用のスイッチング素子パワーモジュールＵｇとモータ用パワーモジュールＵｍの間の連絡路を経てモータ用スイッチング素子パワーモジュールＵｍの発熱チップの直下に導かれ、チップ部分を重点的に冷却する。こうしてヒートシンクＨを出るクーラントは、断熱壁２２の開口を通り、該壁の下側に回り込み、駆動装置ケース１０との合わせ面部分を流れる際に、フィン付伝熱壁１２との熱交換で、今度はオイル溜まり１１（図３参照）のオイルを冷却する。合わせ面部分を流れることで一連の熱交換を終わったクーラントは、断熱壁２２の戻り開口から再びヒートシンクＨ側に入り、ケースフレーム２０周壁の出口孔から適宜の図示しない配管を経てエンジン冷却用のラジエータあるいは専用のクーラ等の放熱手段経由で電動ポンプの吸い込み側に繋がる冷媒溜めに戻る。
【００５１】
この実施形態の冷却装置の場合、クーラントをスイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇの冷却とオイルの冷却に共用しているが、前記流路配置の関係から、クーラントが先ずヒートシンクＨを介してスイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇを冷却した後、モータＭ及びジェネレータＧ冷却用のオイルを冷却する順序となるため、クーラントの温度をヒートシンクＨ側で伝熱壁１２側より低く保つことができる。この冷却形態は、スイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇの耐熱温度がモータＭ及びジェネレータＧの耐熱温度より低いことに関係しており、モータＭ及びジェネレータＧの冷却用のクーラントとしてのオイルの温度は、十分な冷却を必要とするようなモータＭあるいはジェネレータＧの負荷が大きい状態では、スイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇの温度より遥かに高い温度となるため、ヒートシンクＨ通過後の温度上昇したクーラントを用いてもなお、伝熱壁１２を挟むオイルとの間に十分な温度勾配が生じるため、効率のよい冷却を行なうことができることに依存する。
【００５２】
また、上記のような冷却の順序から、駆動装置ケース１０とユニットケースフレーム２０との間に介在する冷却装置部分は、それ自体でヒートシンクＨ側と伝熱壁１２側との間において高温のオイルの熱がスイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇ側に伝わるのを阻止する断熱手段としても有効に機能する。このことから、重負荷のオイル温度上昇時にも、クーラントの温度がスイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇの耐熱温度を超えるまで上昇するのを防ぐことができる。したがって、上記のような作用の相乗で、クーラントを共通としながら、効率良くパワーモジュールＵｍ，Ｕｇ、モータＭ及びジェネレータＧをそれらの耐熱性に応じて効率良く冷却することができる。
【００５３】
以上詳述したように、この実施形態によれば、制御ユニットＵに関して、スイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇの上に平滑コンデンサＣ、平滑コンデンサＣの上に制御基板Ｕｃを固定して、インバータと制御基板を高さ方向に積み上げたモジュールとしたため、面積的な小型化が達成されている。また、各部品のブラケット固定によるモジュール化で、各々をサブアッシー化して最適な大きさで構成することができるので、お互いが他の２部品の面積に影響されることがないため、一般的に冷却性を考えて表面積を確保しなければならないスイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇを最大面積の第１の基台に固定し、面積の要らない制御基板を最小面積の第３の基台に固定し、要求するインバータの性能等によって、その数や大きさが異なるものの、概ねそれらの中間の面積となる平滑コンデンサをそれらの中間面積の第２の基台に固定することで、これらの基台が上に重なるに連れて面積的に小さくなっていく構成となるため、立体的にも小型化することができる。
【００５４】
また、各々の部品を基台に固定してサブアッシー化して、それらを単純に積み上げ固定する作業手順となるため、作業スペースの制約をうけることがなく、組立性が向上する。更に、各々の基台はダイカスト等の一般的な工法で製造することができるため、工数やコスト削減が可能となる。しかも、スイッチング素子パワーモジュールＵｍ，Ｕｇと平滑コンデンサＣがバスパネル２６により回路接続上短い経路で接続されるため、スイッチング素子のスイッチングによるサージ電圧を小さくすることができる。また、積み上げ位置の関係から、第２の基台と第３の基台が、スイッチング素子のスイッチングノイズを遮蔽する役割を果たし、平滑コンデンサＣと、制御基板Ｕｃに悪影響を及ぼすのを防止することができる。
【００５５】
以上、本発明をハイブリッド車用の駆動装置に適用した実施形態に基づき詳説したが、本発明はこの実施形態に限るものではなく、電気自動車用駆動装置等、少なくとも電動機を使用し、その制御にインバータを要する全ての駆動装置に適用可能なものであり、特許請求の範囲に記載の事項の範囲内で種々に具体的構成を変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るハイブリッド車用駆動装置の制御ユニットの分解斜視図である。
【図２】制御ユニットのインバータの一般的回路構成を示す電気回路図である。
【図３】インバータのスイッチング素子パワーモジュールの実体的構成を示す回路平面図である。
【図４】制御ユニットの制御基板を載置するブラケットの詳細な構造を示す斜視図である。
【図５】制御ユニットのコンデンサ組付け後の形態を示す斜視図である。
【図６】制御ユニットの制御基板組付け後の形態を示す斜視図である。
【図７】制御ユニットを一体化したハイブリッド車用駆動装置の軸方向展開断面図である。
【図８】ハイブリッド車用駆動装置をエンジン連結側から見た側面図である。
【符号の説明】
Ｍモータ（電動機）
Ｇジェネレータ（電動機）
Ｕ制御ユニット
Ｕｃ制御基板
Ｕｇ，Ｕｍスイッチング素子パワーモジュール
Ｃ平滑コンデンサ
Ｐ１，Ｐ２直流端子
２０ケースフレーム（第１の基台）
２３ブラケット（第２の基台）
２４ブラケット（第３の基台）
２５緩衝部材
２７カバー

Claims

電動機を備える駆動装置の電動機制御のためのインバータと、前記駆動装置を制御する制御基板とを収容した電動駆動装置制御ユニットにおいて、
前記インバータのスイッチング素子パワーモジュールを収納する有底矩形短筒状のケースフレームである第１の基台と、
リブ構造を有し、前記インバータ用の平滑コンデンサを載置するブラケットである第２の基台と、
前記制御基板を載置する第３の基台と、
を備えてなり、
前記第２の基台を、前記第１の基台としての前記ケースフレーム内の少なくとも４隅に設けられ、ねじ穴が形成されたボス部である載置取付け部にボルトにより締結固定すると共に、前記第３の基台を前記第２の基台に固定したことを特徴とする電動駆動装置制御ユニット。
２つの電動機を備える駆動装置の電動機制御のためのインバータと、前記駆動装置を制御する制御基板とを収容した電動駆動装置制御ユニットにおいて、
前記インバータの前記２つの電動機用の各スイッチング素子パワーモジュールを並べて収納する有底矩形短筒状のケースフレームである第１の基台と、
リブ構造を有し、前記インバータ用の平滑コンデンサを載置するブラケットである第２の基台と、
前記制御基板を載置する第３の基台と、
を備えてなり、
前記第２の基台を、前記第１の基台としての前記ケースフレーム内の少なくとも４隅に設けられ、ねじ穴が形成されたボス部である載置取付け部にボルトにより締結固定すると共に、前記第３の基台を前記第２の基台に固定したことを特徴とする電動駆動装置制御ユニット。
前記平滑コンデンサは、前記２つの電動機のスイッチング素子パワーモジュールに共通の平滑回路に介装された、請求項２記載の電動駆動装置制御ユニット。
前記各スイッチング素子パワーモジュールは、それらの直流端子を前記第１の基台の一方側に、それらの出力端子を他方側に揃えて並べられた、請求項２又は３記載の電動駆動装置制御ユニット。
前記平滑コンデンサは、その端子を前記スイッチング素子パワーモジュールの直流入力側に向けて前記第２の基台に固定された、請求項１〜４のいずれか１項記載の電動駆動装置制御ユニット。
前記制御基板は、その周縁部分と中央部分で前記第３の基台に固定された、請求項１〜５のいずれか１項記載の電動駆動装置制御ユニット。
前記第３の基台は、緩衝部材を介して前記第２の基台に固定された、請求項１〜６のいずれか１項記載の電動駆動装置制御ユニット。
前記駆動装置に一体化される、請求項１〜７のいずれか１項記載の電動駆動装置制御ユニット。
車両前方に対して、前傾姿勢で前記駆動装置に取り付けられる、請求項８記載の電動駆動装置制御ユニット。
前記ケースフレームの上部はカバーで被覆され、前記カバーの前面と後面は、車両への搭載状態で垂直面と水平面となる傾斜面とされた、請求項９記載の電動駆動装置制御ユニット。
前記第３の基台は、前記第２の基台側とは反対側に、前記制御基板の取付け部を有する請求項１〜１０のいずれか１項記載の電動駆動装置制御ユニット。
前記第２の基台の４隅の前記載置取付け部と符合する位置に、前記載置取付け部への取り付けのための締結部が設けられている請求項１〜１１のいずれか１項記載の電動駆動装置制御ユニット。
前記第２の基台の少なくとも前記締結部より内側の４隅に、前記制御基板を取り付けるための第２載置取付け部が設けられ、前記第３の基台の４隅の前記第２載置取付け部と符合する位置に、前記第２載置取付け部への取り付けのための第２締結部が設けられている請求項１２記載の電動駆動装置制御ユニット。
前記ケースフレームに固定され、該ケースフレームとともに、前記スイッチング素子パワーモジュール、前記平滑コンデンサ及び前記第２の基台、並びに前記制御基板及び前記第３の基台を覆うカバーを備えた請求項１〜９及び１１〜１３のいずれか１項記載の電動駆動装置制御ユニット。