JP2012244753A - 電機ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電機機器と、電機機器同士を接続する接続ケーブルとを備えた電機ユニットにおいて、ユニットの大型化の抑制を図りつつ、フラットケーブルが採用された接続ケーブルの冷却効率の向上を図ることができる電機ユニットを提供する。
【解決手段】電機ユニットは、第１電機機器５，６と、第１電機機器５，６と間隔をあけて配置された第２電機機器ＭＧ１，ＭＧ２と、第１電機機器５，６と第２電機機器ＭＧ１，ＭＧ２とを接続する複数の単位配線を有する接続ケーブル１０，１１と、内部を冷媒が流れ、接続ケーブル１０，１１を冷却するケーブル用冷却器２２，２５とを備え、単位配線は、単位配線の延在方向に垂直な断面において、単位配線の幅が単位配線の厚さよりも大きくなるように形成されたフラットケーブルであって、接続ケーブル１０，１１は、複数の単位配線が単位配線の厚さ方向に配列することで形成された積層部を含み、ケーブル用冷却器２２，２５は、積層部の少なくとも一部を冷却するように設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電機ユニットに関し、特に電機機器同士を接続する接続ケーブルを含む電機ユニットに関する。

従来から、複数の電機機器と、電機機器同士を接続する接続ケーブルとを備えた電機ユニットが各種提案されている。

たとえば、特開２００８−１９９８５０号公報に記載された負荷駆動装置は、インバータと、インバータに接続されたＵ相電力ケーブルと、Ｖ相電力ケーブルと、Ｗ相電力ケーブルと、バッテリと、昇圧コンバータと、バッテリおよび昇圧ケーブルを接続する電力ケーブルとを備える。

さらに、負荷駆動装置は、Ｕ相電力ケーブルを冷却する冷媒路と、Ｖ相電力ケーブルを冷却する冷媒路と、Ｗ相電力ケーブルを冷却する冷媒路と、バッテリおよび昇圧コンバータの間に配置された電力ケーブルを冷却する冷媒路と、冷却水を上記冷媒路に供給するポンプと、冷却水を冷却するラジエータとを備える。

Ｕ相電力ケーブルを冷却する冷媒路は、外周にＵ相電力ケーブルが配置されると共に、内部を冷媒が流れる配管と、Ｕ相ケーブルおよび配管を覆う被覆部とを含む。そして、冷媒が配管内を流れることで、Ｕ相ケーブルが冷却される。そして、他の電力ケーブルを冷却する冷媒路も、Ｕ相ケーブルを冷却する冷媒管と同様に形成されている。

簡単な電機ユニットとしては、特開平７−３３７０３３号公報に記載された電機ユニットが挙げられる。この電機ユニットは、インバータと、電動機と、ケーブル導体とを備える。

また、各電機機器を接続する接続ケーブルとして、特開平９−６３３５７号公報や特開２００５−３０２４３９号公報に例示されるように、所謂フラットケーブルが従来から知られている。

特開２００８−１９９８５０号公報 特開平７−３３７０３３号公報 特開平９−６３３５７号公報 特開２００５−３０２４３９号公報

特開２００８−１９９８５０号公報に記載された負荷駆動装置においては、電力ケーブルは、略全長に亘って冷媒管の外表面に配置することで、電力ケーブルの冷却が図られている。

しかし、Ｕ相電力ケーブルと、Ｖ相電力ケーブルと、Ｗ相電力ケーブルとの各々に冷媒路を設けるようにしたのでは、冷却ユニット自体の大きさが大きくなる。

なお、特開平７−３３７０３３号公報においては、ケーブル導体を冷却することについて何等記載されていない。また、特開平９−６３３５７号公報や特開２００５−３０２４３９号公報においては、フラットケーブルの冷却について何等記載されていない。

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、複数の電機機器と、電機機器同士を接続する接続ケーブルとを備えた電機ユニットにおいて、ユニットの大型化の抑制を図りつつ、フラットケーブルが採用された接続ケーブルの冷却効率の向上を図ることができる電機ユニットを提供することである。

本発明に係る電機ユニットは、第１電機機器と、第１電機機器と間隔をあけて配置された第２電機機器と、第１電機機器と第２電機機器とを接続する複数の単位配線を有する接続ケーブルと、内部を冷媒が流れ、接続ケーブルを冷却するケーブル用冷却器とを備える。上記単位配線は、単位配線の延在方向に垂直な断面において、単位配線の幅が単位配線の厚さよりも大きくなるように形成されたフラットケーブルである。上記接続ケーブルは、複数の単位配線が単位配線の厚さ方向に配列することで形成された積層部を含み、ケーブル用冷却器は、積層部の少なくとも一部を冷却するように設けられた。

好ましくは、上記単位配線は、幅方向に配列する第１側面および第２側面を含む。上記積層部は、第１側面が内周側となると共に第２側面が外周側になるように曲げられた曲げ部に形成される。上記ケーブル用冷却器は、曲げ部の少なくとも一部を冷却するように設けられる。

好ましくは、上記ケーブル用冷却器は、積層部を覆うように形成されると共に、内部を冷媒が流通するように形成される。上記積層部において、単位配線は単位配線の厚さ方向に間隔をあけて配置される。

好ましくは、上記第１電機機器は、回転電機であって、第２電機機器は、第１電機機器に電力を供給するインバータである。上記冷媒を冷却する熱交換器と、インバータを冷却するインバータ用冷却器と、回転電機を冷却する回転電機用冷却器とをさらに備える。上記冷媒は、熱交換器、インバータ用冷却器、ケーブル用冷却器、回転電機用冷却器の順に流れる。好ましくは、上記単位配線の外周を覆うように配置されると共に、冷媒が通過可能に形成されたシールドをさらに備える。

本発明に係る電機ユニットによれば、電機ユニットの大型化を招くことなく、フラットケーブルが採用された接続ケーブルを効率よく冷却することができる。

車両９の構成を模式的に示すブロック図である。 冷却ユニット等を模式的に示すブロック図である。 ケーブル冷却器２２およびその周囲に位置する部材を模式的に示す斜視図である。 ケーブル冷却器２２の断面図である。 ケーブル冷却器２２の第１変形例を示す断面図である。 ケーブル冷却器２２の第２変形例を示す断面図である。 ケーブル冷却器２２の第３変形例を示す断面図である。 ケーブル冷却器２２および接続配線１０の変形例を示す斜視図である。

本実施の形態に係るＰＣＵ（パワーコントロールユニット）と、このＰＣＵを備えた車両について図１から図８を用いて説明する。図１は、車両９の構成を模式的に示すブロック図である。図１において、車両９は、エンジン１と、ＰＣＵ８（Power Control Unit）と、動力分割機構２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、バッテリＢと、前輪３とを備える。

動力分割機構２は、エンジン１およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されており、これらの間で動力を分配する。たとえば、動力分割機構２としては、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構が用いられる。この３つの回転軸は、エンジン１、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸に接続されている。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空とし、その中心にエンジン１のクランク軸を通すことによって、動力分割機構２にエンジン１およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を機械的に接続されている。

なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって駆動輪である前輪３に結合されている。動力分割機構２の内部には、モータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機がさらに組み込まれてもよい。

モータジェネレータＭＧ１は、エンジン１によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン１の始動を行ない得る電動機として動作するものとして車両９に組み込まれている。モータジェネレータＭＧ２は、車両９の駆動輪である前輪３を駆動する電動機として車両９に組み込まれている。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、たとえば、三相交流同期電動機である。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルからなる三相コイルをステータコイルとして含む。

モータジェネレータＭＧ１は、エンジン出力を用いて三相交流電圧を発生し、その発生した三相交流電圧をインバータ５へ出力する。モータジェネレータＭＧ１は、インバータ６から受ける三相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジン１の始動を行なう。

モータジェネレータＭＧ２は、インバータ６から受ける三相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、三相交流電圧を発生してＰＣＵ８のインバータ６へ出力する。

ＰＣＵ８は、リアクトルＬと、バッテリＢに並列に接続されたコンバータ４と、インバータ５，６と、コンバータ４およびインバータ５，６の駆動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７とを含む。

コンバータ４は、複数のトランジスタと、複数のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とを含む。インバータ５およびインバータ６も、複数のトランジスタと複数のＩＧＢＴとを含む。

モータジェネレータＭＧ１と、インバータ５とは、接続配線１０によって電気的に接続されており、接続配線１０は、Ｕ相ケーブル１２と、Ｖ相ケーブル１３と、Ｗ相ケーブル１４とを含む。

モータジェネレータＭＧ２と、インバータ６とは、接続配線１１によって電気的に接続されており、接続配線１１は、Ｕ相ケーブル１６と、Ｖ相ケーブル１７と、Ｗ相ケーブル１８とを含む。

そして、モータジェネレータＭＧ１と、インバータ５と、Ｕ相ケーブル１２と、Ｖ相ケーブル１３と、Ｗ相ケーブル１４とによって電機ユニット１５が形成されている。

同様に、モータジェネレータＭＧ２と、インバータ６と、Ｕ相ケーブル１６と、Ｖ相ケーブル１７と、Ｗ相ケーブル１８とによって電機ユニット１９が形成されている。

本実施の形態に係る電機ユニット１５および電機ユニット１９は、電機機器としてのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２およびインバータ５，６を冷却すると共に、各Ｕ相ケーブル１２，１６と、Ｖ相ケーブル１３，１７と、Ｗ相ケーブル１４，１８とを冷却する冷却ユニットを備える。

図２は、冷却ユニット等を模式的に示すブロック図である。図２に示すように、冷却ユニット２０は、電機ユニット１５および電機ユニット１９の各電機機器およびケーブルを冷却するユニットである。

冷却ユニット２０は、インバータ冷却器２１，２４と、ケーブル冷却器２２，２５と、モータ冷却器２３，２６と、熱交換器２７と、ポンプ２８と、複数の冷媒管２９，３０，３１，３２，３３，３４とを含む。冷却ユニット２０は、内部を冷媒ＣＭが流通する。

インバータ冷却器２１は、インバータ５に設けられたトランジスタやＩＧＢＴなどの素子を冷却する。ケーブル冷却器２２は、Ｕ相ケーブル１２と、Ｖ相ケーブル１３と、Ｗ相ケーブル１４とを冷却する。モータ冷却器２３は、モータジェネレータＭＧ１を冷却する。

インバータ冷却器２４は、インバータ６に設けられたトランジスタやＩＧＢＴなどの素子を冷却する。ケーブル冷却器２５は、Ｕ相ケーブル１６と、Ｖ相ケーブル１７と、Ｗ相ケーブル１８とを冷却する。モータ冷却器２６は、モータジェネレータＭＧ２を冷却する。

熱交換器２７は、冷媒ＣＭを冷却する装置であって、たとえば、車両９に設けられたラジエータ内に配置されている。

熱交換器２７によって冷却された冷媒ＣＭは、ポンプ２８によって加圧され、冷媒管２９を通って、インバータ冷却器２１およびインバータ冷却器２４に供給される。

インバータ冷却器２１，２４に供給された冷媒ＣＭは、インバータ５およびインバータ６の各素子を冷却した後、冷媒管３０，３２を通って、ケーブル冷却器２２，２５に供給される。

ケーブル冷却器２２，２５に供給された冷媒ＣＭは、Ｕ相ケーブル１２，１６と、Ｖ相ケーブル１３，１７と、Ｗ相ケーブル１４，１８とを冷却する。

その後、冷媒ＣＭは、冷媒管３１，３３を通って、モータ冷却器２３，２６に供給される。モータ冷却器２３，２６に供給された冷媒ＣＭは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を冷却する。

その後、モータ冷却器２３，２６から排出された冷媒ＣＭは、冷媒管３４を通って熱交換器２７に供給される。このようにして、冷却ユニット２０は、電機ユニット１５，１９の各電機機器およびケーブルを冷却する。

図３は、ケーブル冷却器２２およびその周囲に位置する部材を模式的に示す斜視図であり、図４は、ケーブル冷却器２２の断面図である。

この図３および図４に示すように、Ｕ相ケーブル１２と、Ｖ相ケーブル１３と、Ｗ相ケーブル１４とは、いずれも、フラットケーブルが採用されている。たとえば、図４には、Ｕ相ケーブル１２の延在方向に対して垂直な方向の断面が示されている。Ｕ相ケーブル１２は、Ｕ相ケーブル１２の延在方向に垂直な方向の断面において、幅Ｗは、厚さＴよりも大きくなるように形成されている。

Ｕ相ケーブル１２は、Ｕ相ケーブル１２の幅方向に配列する複数の芯線４０と、この複数の芯線４０を被覆する被覆膜４１とを含む。被覆膜４１は、たとえば、樹脂から形成されている。

Ｖ相ケーブル１３と、Ｗ相ケーブル１４とは、Ｕ相ケーブル１２と同様に形成されており、各ケーブルの延在方向に対して垂直な断面において、ケーブルの幅は、ケーブルの厚さよりも大きくなるように形成されている。

Ｖ相ケーブル１３は、幅方向に配列する複数の芯線４２と、この複数の芯線４２を被覆する被覆膜４３とを備える。Ｗ相ケーブル１４は、幅方向に配列する複数の芯線４４と、この芯線４４を被覆するように形成された被覆膜４５とを含む。

図３において、Ｗ相ケーブル１４は、幅方向に配列する側面６０および側面６１とを含む。Ｖ相ケーブル１３は、幅方向に配列する側面６２および側面６３を含む。Ｕ相ケーブル１２は、幅方向に配列する側面６４および側面６５を含む。

接続配線１０は、インバータ５からモータジェネレータＭＧ１までの間に曲げるように形成された曲げ部４６を含む。

曲げ部４６では、Ｗ相ケーブル１４、Ｖ相ケーブル１３およびＵ相ケーブル１２の側面６０、側面６２および側面６４が内周側となり、側面６１、側面６２および側面６３が外周側となるように形成されている。

そして、接続配線１０のうち、曲げ部４６よりインバータ５側に位置する部分と、曲げ部４６よりモータジェネレータＭＧ１側に位置する部分とは、Ｕ相ケーブル１２と、Ｖ相ケーブル１３と、Ｗ相ケーブル１４とが、各ケーブルの幅方向に間隔をあけて配列している。

その一方で、曲げ部４６では、Ｕ相ケーブル１２と、Ｖ相ケーブル１３と、Ｗ相ケーブル１４との少なくとも一部が、各ケーブルの厚さ方向に重なっている。

具体的には、曲げ部４６は、Ｕ相ケーブル１２と、Ｖ相ケーブル１３と、Ｗ相ケーブル１４とが、各ケーブルの厚さ方向に完全に重なり合った積層部４７と、各ケーブルの一部が互いに重なり合った重なり部４８および重なり部４９とを含む。

重なり部４８は、積層部４７よりインバータ５側に位置し、重なり部４９は重なり部４８よりもモータジェネレータＭＧ１側に位置している。

ケーブル冷却器２２は、曲げ部４６のうち、少なくとも積層部４７を覆うように形成されており、ケーブル冷却器２２は積層部４７を冷却する。

積層部４７では、Ｕ相ケーブル１２と、Ｖ相ケーブル１３と、Ｗ相ケーブル１４とが完全に重なりあうように形成されているため、各ケーブルにおける放熱面積が小さくなっている。なお、本明細書においては、Ｕ相ケーブル１２とＶ相ケーブル１３とＷ相ケーブル１４とが重なり合うとは、各ケーブルが接触する場合と、各ケーブルがケーブルの厚さ方向に僅かに間隔をあけて配列する場合も含む。そして、ケーブル冷却器２２が積層部４７を冷却することで、積層部４７において接続配線１０が高温となることを抑制することができる。

なお、積層部４７と、重なり部４８と、重なり部４９とを覆うようにケーブル冷却器２２を形成してもよい。重なり部４８および重なり部４９においても、各ケーブルの一部は互いに重なり合っているため、ケーブルの放熱面積は小さい。

そこで、ケーブル冷却器２２が重なり部４８および重なり部４９を冷却することで、重なり部４９および重なり部４８が高温となることを抑制することができる。

図４において、ケーブル冷却器２２は、外枠として機能するケース５０と、このケース５０の内周面に配置されたシールド５１とを含む。シールド５１は、メッシュ状に形成された金属薄膜であって、外乱が各Ｕ相ケーブル１２、Ｖ相ケーブル１３およびＷ相ケーブル１４内に入り込むことを抑制する。

ケース５０内においては、Ｕ相ケーブル１２と、Ｖ相ケーブル１３と、Ｗ相ケーブル１４とは、互いに積層方向に間隔をあけて配置されている。このため、冷媒ＣＭは、Ｕ相ケーブル１２とＶ相ケーブル１３との間と、Ｖ相ケーブル１３とＷ相ケーブル１４との間を流れることができる。

これにより、Ｕ相ケーブル１２、Ｖ相ケーブル１３およびＷ相ケーブル１４が効率よく冷却される。

なお、図４に示す例においては、ケーブル冷却器２２の断面形状は、方形形状であるが、図５に示すように、円形形状にしてもよい。

図６は、ケーブル冷却器２２の第２変形例を示す断面図である。この図６に示すように、シールド５１を接続配線１０の外周に巻きつけるように形成してもよい。このように、シールド５１を形成することで、接続配線１０の静電容量が向上してサージ電圧を低くすることができる。

その一方で、シールド５１はメッシュ状の金属薄膜であるため、冷媒ＣＭはシールド５１を通過して、接続配線１０を冷却することができる。なお、図６に示す例においては、ケーブル冷却器２２は、断面形状が方形形状とされているが、図７に示すように円形形状に形成してもよい。

図８は、ケーブル冷却器２２および接続配線１０の変形例を示す斜視図である。この図８に示すように、接続配線１０は、様々な形に曲げられており、ケーブル冷却器２２は、接続配線１０の屈曲形態にあわせて少なくとも積層部４７を覆うように形成されている。この図８に示す例においては、積層部４７は、接続配線１０の長手方向に延びる長尺部と、この長尺部の両端部に設けられた屈曲部とを含む。屈曲部に、重なり部４８，４９が接続されている。このように、この図８に示す例においても、接続配線１０の積層部４７を覆うようにケーブル冷却器２２が形成されている。

以上、本発明に基づいた各実施の形態について説明したが、今回開示された各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。本発明の技術的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、電機ユニットに適用することができ、特に電機機器同士を接続する接続ケーブルを含む電機ユニットに好適である。

１ エンジン、２ 動力分割機構、３ 前輪、４ コンバータ、５，６ インバータ、９ 車両、１０，１１ 接続配線、１２，１３，１４，１６，１７，１８ ケーブル、１５，１９ 電機ユニット、２０ 冷却ユニット、２１，２４ インバータ冷却器、２２，２５ ケーブル冷却器、２３，２６ モータ冷却器、２７ 熱交換器、２８ ポンプ、２９，３０，３１，３２，３３，３４ 冷媒管、４０，４２，４４ 芯線、４１，４３，４５ 被覆膜、４６，４８，４９ 曲げ部、４７ 積層部、５０ ケース、５１ シールド、６０，６１，６２，６３，６４，６５ 側面。

Claims (5)

1. 第１電機機器と、
   前記第１電機機器と間隔をあけて配置された第２電機機器と、
   前記第１電機機器と前記第２電機機器とを接続する複数の単位配線を有する接続ケーブルと、
   内部を冷媒が流れ、前記接続ケーブルを冷却するケーブル用冷却器と、
   を備え、
   前記単位配線は、前記単位配線の延在方向に垂直な断面において、前記単位配線の幅が前記単位配線の厚さよりも大きくなるように形成されたフラットケーブルであって、
   前記接続ケーブルは、複数の前記単位配線が前記単位配線の厚さ方向に配列することで形成された積層部を含み、
   前記ケーブル用冷却器は、前記積層部の少なくとも一部を冷却するように設けられた、電機ユニット。
2. 前記単位配線は、幅方向に配列する第１側面および第２側面を含み、
   前記積層部は、前記第１側面が内周側となると共に前記第２側面が外周側になるように曲げられた曲げ部に形成され、
   前記ケーブル用冷却器は、前記曲げ部の少なくとも一部を冷却するように設けられた、請求項１に記載の電機ユニット。
3. 前記ケーブル用冷却器は、前記積層部を覆うように形成されると共に、内部を冷媒が流通するように形成され、
   前記積層部において、前記単位配線は前記単位配線の厚さ方向に間隔をあけて配置された、請求項１または請求項２に記載の電機ユニット。
4. 前記第１電機機器は、回転電機であって、
   前記第２電機機器は、前記第１電機機器に電力を供給するインバータであって、
   前記冷媒を冷却する熱交換器と、前記インバータを冷却するインバータ用冷却器と、前記回転電機を冷却する回転電機用冷却器とをさらに備え、
   前記冷媒は、前記熱交換器、前記インバータ用冷却器、前記ケーブル用冷却器、前記回転電機用冷却器の順に流れる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の電機ユニット。
5. 前記単位配線の外周を覆うように配置されると共に、前記冷媒が通過可能に形成されたシールドをさらに備える、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電機ユニット。

Images