JP4633761B2 - 駆動機構 - Google Patents

Description

本発明は、駆動機構に関し、特に回転電機とインバータとコンデンサとが収容された駆動機構の冷却に関する。

従来からモータとインバータ等を一体的に搭載した駆動機構において、モータとインバータ等の冷却が図られた駆動機構が各種提案されている。

たとえば、特開２００３−３３９１０２号公報に記載された車両用駆動装置においては、第１および第２モータジェネレータと、第１および第２スイッチング回路と、各第１および第２モータジェネレータに直接吹きつけられたり、第１および第２スイッチング回路を冷却する冷媒が流通する冷媒経路を備えている。

また、特開２００１−２３８４０５号公報に記載された駆動装置においては、駆動装置ケースと、この駆動ケースに収容された電動機と、駆動装置ケースに取付けられたインバータとを備えており、駆動装置ケースとインバータとの間に設けられた冷却流路により、インバータの冷却が図られている。
特開２００３−３３９１０２号公報 特開２００１−２３８４０５号公報 特開平７−２８８９５０号公報 特開２００３−３２４９０３号公報 特開２００６−１９７７８１号公報

しかし、上記従来の駆動装置においては、回転電機とインバータと、さらに、インバータに接続されたコンデンサなどの電気機器を含めて冷却する冷却構造については、何等提案されていない。その一方で、コンデンサやリアクトルにおいても、所定の温度以上となると、所望の能力が得られなくなることが知られている。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電動機などの回転電機、インバータおよびインバータに接続された電気機器の冷却が図られた駆動機構を提供することである。

本発明に係る駆動機構は、回転電機と、回転電機に電力を供給可能なインバータと、インバータに接続された電気機器と、回転電機とインバータと電気機器とを収容可能な収容ケースとを備えている。さらに、この駆動機構は、インバータと電気機器とを冷却可能な冷却用冷媒が流通し、電気機器より冷却用冷媒の流通方向上流側にてインバータを冷却可能とされた冷却用冷媒循環回路とを備える。冷却用循環回路は、回転電機を冷却する回転電機用冷媒が流通する回転電機用冷媒循環回路と、冷却用冷媒と回転電機用冷媒とを熱交換可能な熱交換部とを備える。上記回転電機は、第１回転電機と、第２回転電機とを含む。上記回転電機用冷媒循環回路は、第１回転電機を冷却する第１回転電機用冷媒が貯留される第１貯留部と、第２回転電機を冷却する第２回転電機用冷媒が貯留される第２貯留部とを含む。上記冷却用冷媒循環回路は、第２貯留部よりも冷却用冷媒の流通方向上流側で、第１貯留部の周囲を通り、第１回転電機用冷媒と冷却用冷媒との熱交換可能とされる。

好ましくは、上記インバータと、電気機器とは、回転電機の周囲に沿って配列される。好ましくは、上記電気機器は、コンデンサまたはリアクトルの少なくとも一方を含む。

好ましくは、上記冷却用冷媒循環回路は、インバータと回転電機との間および電気機器と回転電機との間に配設される。

好ましくは、冷却用冷媒循環回路は、インバータからの熱を冷却用冷媒に放熱可能なインバータ用放熱部と、コンデンサからの熱を冷却用冷媒に放熱可能なコンデンサ用放熱部とを含む。

本発明に係る駆動機構によれば、回転電機、インバータおよびインバータに接続された電気機器のいずれについても良好に冷却することができる。

本実施の形態に係る駆動装置（駆動機構）１００を図１から図４を用いて説明する。なお、同一または相当する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

図１は、本実施の形態に係る駆動装置１００の側面図であり、図２は、図１に示された駆動装置１００の断面図である。さらに、図３は、駆動装置１００の正面図であり、図４は、駆動装置１００の側断面図である。

ここで、図２および図４に示されるように、駆動装置１００は、車両の車輪を駆動する動力を発生可能なモータジェネレータＭＧ２と、図示されない内燃機関からの動力によって駆動され、電力を発生可能なモータジェネレータＭＧ１と、インバータ１０と、コンデンサ１１とを備えている。

インバータ１０は、複数のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）と、各ＩＧＢＴのゲートのオン／オフ（通電／遮断）を制御する電子部品を実装する制御基板と（いずれも図示せず）を含む。そして、このインバータ１０は図示されない制御装置からの信号によって駆動され、図示されないバッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータＭＧ２に供給する。さらに、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２が回生動作をする際には、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２にて発生した交流電力を直流電力に変換して、バッテリを充電する。

コンデンサ１１は、図示されないバッテリとインバータ１０とに接続されており、バッテリからの電力を平滑化してインバータ１０に供給したり、電力を平滑化して、バッテリに供給したりする。これにより、インバータ１０への突入電流の発生が抑制されている。

収容ケース２００は、図１および図４に示すように、モータジェネレータＭＧ２を収容する第１収容ケース１０１と、モータジェネレータＭＧ２を収容する第２収容ケース１０１と、インバータ１０およびインバータ１０に接続されたコンデンサ１１を収容する電子機器収容ケース１０２とを備えている。なお、本実施の形態においては、収容ケース２００は、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２と、インバータ１０とコンデンサ１１とを収容しているが、これに限られない。たとえば、コンデンサ１１にかえて、インバータ１０に接続されたリアクトルを収容したり、コンデンサ１１およびリアクトルのいずれをも収容するようにしてもよい。さらには、コンバータを含めてもよい。

ここで、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転シャフトは、いずれも同軸上に配置されており、第１収容ケース１０１および第２収容ケース１０３も、回転シャフトの延在方向に沿って配列されている。

ここで、第１収容ケース１０１は、モータジェネレータＭＧ２を収容可能な回転電機収容部１１０と、冷媒貯留部４１と、ジャケット部３３を規定している。

電子機器収容ケース１０２は、第１収容ケース１０１の側面に装着されている。この電子機器収容ケース１０２は、第１収容ケース１０１の側面に装着されることで、内部に、インバータ１０を受け入れるインバータ受入部（インバータ収容部）１０５と、コンデンサ１１を受け入れ可能なコンデンサ受入部（コンデンサ収容部）１０４を規定している。

そして、インバータ１０は、インバータケース１０Ａ内に収容されており、このインバータケース１０Ａが、インバータ受入部１０５内に収容されている。なお、コンバータをも含めて収容する際には、コンバータは、このインバータ受入部１０５内に収容するのが好ましい。

さらに、コンデンサ１１は、コンデンサケース１１Ａ内に収容されており、このコンデンサケース１１Ａが、コンデンサ受入部１０４内に収容されている。

ここで、インバータケース１０Ａおよびコンデンサケース１１Ａは、いずれも、第１収容ケース１０１の周囲されており、具体的には、インバータケース１０Ａは、第１収容ケース１０１の回転電機収容部１１０の側方に位置しており、コンデンサケース１１Ａは、回転電機収容部１１０の斜め下側に設けられている。

このため、インバータ１０は、コンデンサ１１より上方に位置すると共に、回転電機収容部１１０の側方に位置するように、インバータ１０およびコンデンサ１１は、回転電機収容部１１０を規定する第１収容ケース１０１の内周面に沿って、モータジェネレータＭＧ２の周囲に配列されている。

このように、モータジェネレータＭＧ２の周囲にインバータ１０およびコンデンサ１１とが互いに重ならないように配列されているため、ケースの幅が大きくなることを抑制することができる。これにより、収容ケース２００のコンパクト化を図ることができる。

第２収容ケース１０３は、モータジェネレータＭＧ１を収容する回転電機収容部１１１とジャケット部３４とを規定している。この回転電機収容部１１１の底面側は、モータジェネレータＭＧ１を冷却する潤滑油１５１が溜められた冷媒貯留部４３が規定されている。

さらに、この駆動装置１００は、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２を冷却する冷却循環回路（回転電機用冷媒循環回路）１５０を備えている。

この冷媒循環回路１５０内では、絶縁性の潤滑油１５１が流通しており、この潤滑油１５１は、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２に吹き付けられて、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を冷却したり、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の回転シャフトの軸受けなどに供給され、軸受けの潤滑性を確保したりする。

なお、モータジェネレータＭＧ２に吹き付けられたり、モータジェネレータＭＧ２の軸受けなどに供給された潤滑油１５１は、第２収容ケース１０３内に形成された冷媒貯留部４１内に貯留される。また、モータジェネレータＭＧ１に吹き付けられたり、モータジェネレータＭＧ１の軸受けなどに供給された潤滑油１５１は、第１収容ケース１０３の底部に貯留される。このように、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２に供給された潤滑油１５１は、図示されないオイルパンに戻され、オイルポンプなどによって、吸い上げられ、ストレナなどを通って、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２等に供給され、再度、オイルパンに戻るようになっている。

この駆動装置１００は、収容ケース２００内に配設された冷媒流通管３０と、冷媒流通管３０内を流れる水などの冷媒（ＬＬＣ（Long Life Coolant））Ｌと外気とを熱交換して冷媒Ｌを冷却するラジエータ４００を含む冷媒循環回路３００を備えている。

冷媒流通管３０は、第１収容ケース１０１のうち、回転電機収容部１１０の側方に位置する側面と、インバータケース１０Ａの側面との間を流れる管路３１を備えている。このため、この管路３１内を流通する冷媒Ｌは、インバータ１０からの熱を吸熱して、インバータ１０を冷却することができる。

さらに、冷媒流通管３０は、モータジェネレータＭＧ２とインバータ１０との間に設けられているので、モータジェネレータＭＧ２が駆動することにより生じる熱が、インバータ１０に伝達されることを抑制することができる。

ここで、管路３１内のうち、インバータケース１０Ａの側面と接触または近接する部分には、管路３１の延在方向に延びる複数のフィン（インバータ用放熱部）１３１が設けられている。このため、冷媒Ｌとの接触面積が大きくなり、インバータ１０からの熱がフィン１３１から冷媒Ｌに良好に放熱される。

また、この管路３１は、ラジエータ４００に接続された管路３０１が接続されており、ラジエータ４００によって冷却された冷媒Ｌが、管路３１の上端部に位置する開口部３０ａから供給されている。このため、インバータ１０には、コンデンサ１１等の他の機器によって加熱されていない冷媒Ｌを供給することができ、インバータ１０を良好に冷却することができる。

そして、この管路３１は、収容ケース２００の上面側から下面側に向けて延びているため、この管路３１内に空気や水蒸気などの気体が入り込んだとしても、管路３１の上端部側に変位することになる。

このため、管路３１のうち、インバータ１０と対向する部分に空気が溜まることが抑制されており、インバータ１０を良好に冷却することができる。

ここで、管路３１の幅（モータジェネレータＭＧ２の回転シャフトの延在方向の幅）と、インバータ１０の幅とを一致させるのが好ましい。このように管路３１を形成することにより、モータジェネレータＭＧ２からインバータ１０への熱伝達を抑制することができ、さらに、インバータ１０の冷却効率の向上を図ることができる。

そして、冷媒流通管３０は、収容ケース２００の上方から下方に向けて延びた管路３１の下端部に接続され、コンデンサ１１の周囲に配設された管路３２を備えている。

この管路３２は、コンデンサケース１１Ａの上面から第１収容ケース１０１側の側面を通って、コンデンサケース１１Ａの底面に達するように延びている。

このように、管路３２は、コンデンサケース１１Ａの周面を取り囲むように延びているため、コンデンサ１１を良好に冷却することができる。

さらに、この管路３２は、モータジェネレータＭＧ２とコンデンサ１１との間に設けられているので、モータジェネレータＭＧ２からの熱がコンデンサ１１に伝達されることを抑制することができる。

また、管路３２のうち、コンデンサ１１の上面に位置する部分は、管路３１との接続部分から冷媒Ｌの流通方向下流側に向けて下方に向けて傾斜しており、さらに、コンデンサ１１の側面に位置する部分も略鉛直方向に延びている。このため、管路３２内に入り込んだ空気や水蒸気などの気体は、管路３１に排出される。

このように、管路３１内に気体が溜まることを抑制され、管路３１内を冷媒Ｌで満たすことができるので、コンデンサ１１を良好に冷却することができる。

ここで、コンデンサ１１は、潤滑油が貯留されている冷媒貯留部４１の側方に配置されているが、管路３２は、コンデンサ１１と冷媒貯留部４１との間にも位置しているので、冷媒貯留部４１からの熱がコンデンサ１１に伝達されることを抑制することができる。

なお、この管路３２の内表面のうち、コンデンサケース１１Ａに近接する部分に、管路３２の延在方向に延びる複数のフィン（コンデンサ用放熱部）１３２を設けて、冷却効率の向上を図ってもよい。

さらに、管路３２の幅方向（図２の紙面に対して垂直な方向：モータジェネレータＭＧ２の回転シャフトの延在方向）と、コンデンサ１１の幅とを一致させてもよい。このように管路３２を形成することで、モータジェネレータＭＧ２および冷媒貯留部４１からコンデンサ１１への熱伝達をさらに効率よく抑制することができ、さらに、コンデンサ１１をさらに効率よく冷却することができる。

さらに、冷媒流通管３０は、管路３２に接続されたジャケット部３３を備えている。このジャケット部３３は、冷媒貯留部４１の下方に設けられており、図２に示すように、モータジェネレータＭＧ２の回転シャフトの軸方向に向けて延びている。このジャケット部３３においては、ジャケット部３３内の冷媒Ｌと、冷媒貯留部４１内の潤滑油１５１との熱交換が行なわれ、潤滑油１５１を冷却することができる。

特に、ジャケット部３３の内表面のうち、冷媒貯留部４１側の部分には、ジャケット部３３の延在方向に向けて延びる複数のフィン（潤滑油用放熱部）４０が設けられており、潤滑油１５１を良好に冷却することができる。

ここで、図２および図４に示すように、冷媒貯留部４１は、モータジェネレータＭＧ２の下方であって、モータジェネレータＭＧ２の回転シャフトの軸方向に向けて延びており、ジャケット部３３の延在方向と一致している。

このため、ジャケット部３３と冷媒貯留部４１との対向面積が大きく、潤滑油１５１と冷媒Ｌとが熱交換することができる面積が確保されており、潤滑油１５１を良好に冷却することができる。

さらに、冷媒流通管３０は、このジャケット部３３に対して冷媒の流通方向下流側に設けられ、ジャケット部３３に接続されたジャケット部３４を備えている。

ジャケット部３４は、モータジェネレータＭＧ１を収容する回転電機収容部１１１および冷媒貯留部４３の下方に設けられている。ここで、回転電機収容部１１１は略円筒状に形成されており、ジャケット部３４は、この回転電機収容部１１１を規定する第２収容ケース１０３の内周面に沿って延びている。

ここで、回転電機収容部１１１および冷媒貯留部４３の底面側には、モータジェネレータＭＧ１に吹き付けられたり、モータジェネレータＭＧ１の軸受けに供給された潤滑油が溜まっている。そして、回転電機収容部１１１および冷媒貯留部４３の底面側にジャケット部３４が設けられているので、回転電機収容部１１１および冷媒貯留部４３内の潤滑油を冷却することができる。

また、ジャケット部３４の内表面のうち、回転電機収容部１１１側の部分には、ジャケット部３４の延在方向に延びるフィン４２が設けられている。このため、潤滑油を良好に冷却することができる。

そして、冷媒Ｌは、図３に示す排出口３９から管路３０２を介して、ラジエータ４００に戻される。そして、再度、図示されないポンプなどにより、管路３１に向けて吐出され、冷媒流通管３０内を流通することになる。

このように、本実施の形態に係る駆動装置１００においては、コンデンサ１１よりも耐熱温度が低いインバータ１０をまず冷却して、その後に、コンデンサ１１を冷却しており、インバータ１０の劣化を抑制することができる。

また、潤滑油１５１を冷却する前に、コンデンサ１１を冷却しており、コンデンサ１１を冷却する冷媒Ｌの温度が高くなることが抑制されており、コンデンサ１１も良好に冷却することができる。

さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を冷却する冷媒循環回路１５０と、インバータ１０およびコンデンサ１１とを冷却する冷媒循環回路３００とを別に設けているため、たとえば、駆動中のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に潤滑油が供給されることにより、潤滑油が脈動が生じたとしても、この衝撃がインバータ１０やコンデンサ１１に伝達されることを抑制することができる。なお、本実施の形態においては、ハイブリッド車両等の車輪を駆動する動力を発生可能なモータジェネレータＭＧ２の側面側にインバータ１０などを配設しているが、これに限られず、インバータ１０などを発電機として機能するモータジェネレータＭＧ１の側面側に配置してもよい。このように、インバータ１０等を、モータジェネレータＭＧ１の側面側に配置した場合には、まず、インバータ１０等を冷却した後に、冷媒貯留部４３内の潤滑油１５１を冷却し、その後、冷媒貯留部４１内の潤滑油１５１を冷却するように冷媒Ｌが流れる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、駆動機構に関し、特に回転電機とインバータとコンデンサとが収容された駆動機構の冷却に好適である。

本実施の形態に係る駆動装置の側面図である。 図１に示された駆動装置の断面図である。 駆動装置の正面図である。 駆動装置の側断面図である。

符号の説明

１０ インバータ、１１ コンデンサ、３０ 冷媒流通管、４１ 冷媒貯留部、４２ フィン、１００ 駆動装置（駆動機構）、１０１ 第１収容ケース、１０２ 電子機器収容ケース、１０３ 第３収容ケース、１１０，１１１ 回転電機収容部、１５０ 冷媒循環回路（回転電機用冷媒循環回路）、２００ 収容ケース、３００ 冷媒循環回路、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (5)

1. 回転電機と、
   前記回転電機に電力を供給可能なインバータと、
   前記インバータに接続された電気機器と、
   前記回転電機と前記インバータと前記電気機器とを収容可能な収容ケースと、
   前記インバータと前記電気機器とを冷却可能な冷却用冷媒が流通し、前記電気機器より前記冷却用冷媒の流通方向上流側にて前記インバータを冷却可能とされた冷却用冷媒循環回路と、
   前記回転電機を冷却する回転電機用冷媒が流通する回転電機用冷媒循環回路と、
   前記冷却用冷媒と前記回転電機用冷媒とを熱交換可能な熱交換部と、
   を備え、
   前記回転電機は、第１回転電機と、第２回転電機とを含み、
   前記回転電機用冷媒循環回路は、前記第１回転電機を冷却する第１回転電機用冷媒が貯留される第１貯留部と、前記第２回転電機を冷却する第２回転電機用冷媒が貯留される第２貯留部とを含み、
   前記冷却用冷媒循環回路は、前記第２貯留部よりも前記冷却用冷媒の流通方向上流側で、前記第１貯留部の周囲を通り、前記第１回転電機用冷媒と前記冷却用冷媒との熱交換可能とされた、駆動機構。
2. 前記インバータと、前記電気機器とは、前記回転電機の周囲に沿って配列された、請求項１に記載の駆動機構。
3. 前記電気機器は、コンデンサまたはリアクトルの少なくとも一方を含む、請求項１または請求項２に記載の駆動機構。
4. 前記冷却用冷媒循環回路は、前記インバータと前記回転電機との間および前記電気機器と前記回転電機との間に配設された、請求項１から請求項３のいずれかに記載の駆動機構。
5. 前記冷却用冷媒循環回路は、
   前記インバータからの熱を前記冷却用冷媒に放熱可能なインバータ用放熱部と、
   前記コンデンサからの熱を前記冷却用冷媒に放熱可能なコンデンサ用放熱部と、
   を含む、請求項３に記載の駆動機構。

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