WO2008146902A1

WO2008146902A1 - 駆動機構

Info

Publication number: WO2008146902A1
Application number: PCT/JP2008/059966
Authority: WO
Inventors: Tadafumi Yoshida; Masaki Yoshino; Yutaka Hotta
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha; Aisin Aw Co., Ltd.
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2008-12-04
Also published as: US20100127583A1; US8018103B2; JP4633761B2; CN101682230A; DE112008001269T5; JP2008295243A

Abstract

駆動装置（１００）は、回転電機と、回転電機に電力を供給可能なインバータ（１０）と、インバータ（１０）に接続された電気機器（１１）と、回転電機とインバータ（１０）と電気機器（１１）とを収容可能な収容ケース（２００）と、インバータ（１０）と電気機器（１１）とを冷却可能な冷却用冷媒（Ｌ）が流通し、電気機器（１１）より冷却用冷媒（Ｌ）の流通方向上流側にてインバータ（１０）を冷却可能とされた冷却用冷媒循環回路（３００）とを備える。

Description

明細書駆動機構

技術分野

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。背景技術

従来からモータとインバ一タ等を一体的に搭載した駆動機構において、モータとィ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およぴ第 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スィ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ィンバ一タとを備えており、駆動装置ケースとィンバータとの間に設けられた冷却流路により、ィンバータの冷却が図られている。

特開平 7— 288950号公報には、駆動系と冷却システムを含めた駆動用電動機において、全体構成の小型化軽量化が図られた駆動用電動機が記載されている。

特開 2003— 324903号公報には、耐衝撃性の確保が図られた車両ィンバーター体型モータが記載されている。特開 2006— 197781には、搭载性と冷却性能との向上が図られたインバーター体型電動機ュニットが記載されてレヽる。

し力し、上記従来の駆動装置等においては、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、コンデンサやリアタトルにおいても、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。発明の開示

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ク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、インパ一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ィ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。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ょぴ電気機器と回転電機との間に配設される。

好ましくは、上記回転電機を冷却する回転電機用冷却媒体が流通する回転電機用冷媒循澴回路をさらに備え、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をさらに備える。

好ましくは、上記回転電機は、第 1回転電機と、第 2回転電機とを含み、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。さらに、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、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ィ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。

なお、上記構成は、必要に応じて適宜組み合わせることは、出願当初から予定されている。

本発明に係る駆動機構によれば、回転電機、インパ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。

図面の簡単な説明

図 1は、本実施の形態に係る駆動装置の側面図.である。

図 2は、図 1に示された駆動装置の断面図である。

図 3は、駆動装置の正面図である。

図 4は、駆動装置の側断面図である。発明を実施するための最良の形態

本実施の形態に係る駆動装置（駆動機構） 1 0 0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 1 0 0の側面図であり、図 2は、図 1に示された駆動装置 1 0 0の断面図である。さらに、図 3は、駆動装置 1 0 0の正面図であり、図 4は、駆動装置 1 0 0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 1 0 0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 MG 2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ネレータ MG 1と、インバータ 1 0と、コンデンサ 1 1とを備えている。

インノくータ 1 0【ま、複数の I G B T (Insulated Gate Bipolar Transistor) と、各 I G B Tのゲートのオン Zオフ（通電 Z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 1 0は図示されな、制御装置からの信号によつて駆動され、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 MG 2に供給する。さらに、モータジェネレータ MG 1、 MG 2が回生動作をする際には、モ一タジエネレータ MG 1、 MG 2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 1 1は、図示されないパッテリとインバータ 1 0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一タ 1 0に供給したり、電力を平滑化して、ノくッテリに供給したりする。これにより、インバータ 1 0への突入電流の発生が抑制されている。

収容ケース 2 0 0は、図 1および図 4に示すように、モータジェネレータ MG 2を収容する第 1収容ケース 1 0 1と、モータジェネレータ MG 1を収容する第 2収容ケース 1 0 3と、ィンバ一タ 1 0およびィンバータ 1 0に接続されたコンデンサ 1 1を収容する電子機器収容ケース 1 0 2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 2 0 0は、モータジェネレータ MG 1、 MG 2と、インパータ 1 0とコンデンサ 1 1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 1 1にかえて、インバータ 1 0に接続されたリアクトルを収容したり、コンデンサ 1 1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レ、。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 MG 1 , MG 2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 1 0 1および第 2収容ケース 1 0 3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 1 0 1は、モータジェネレータ MG 2を収容可能な回転電機収容部 1 1 0と、冷媒貯留部 4 1と、ジャケット部 3 3を規定している。電子機器収容ケース 1 0 2は、第 1収容ケース 1 0 1の側面に装着されている。この電子機器収容ケース 1 0 2は、第 1収容ケース 1 0 1の側面に装着されることで、内部に、インバ一タ 1 0を受け入れるインバータ受入部（インバ一タ収容部） 1 0 5と、コンデンサ 1 1を受け入れ可能なコンデンサ受入部（コンデンサ収容部） 1 0 4を規定している。

そして、インパータ 1 0は、インバータケ一ス 1 O A内に収容されており、このインバータケース 1 O Aが、インパータ受入部 1 0 5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 1 0 5内に収容するのが好ましい。

さらに、コンデンサ 1 1は、コンデンサケース 1 1 A内に収容されており、このコンデンサケース 1 1 Aが、コンデンサ受入部 1 0 4内に収容されている。ここで、インバータケ一ス 1 O Aおよびコンデンサケース 1 1 Aは、いずれも、第 1収容ケース 1 0 1の周囲されており、具体的には、インパータケ一ス 1 0 A は、第 1収容ケース 1 0 1の回転電機収容部 1 1 0の側方に位置しており、コンデンサケース 1 1 Aは、回転電機収容部 1 1 0の斜め下側に設けられている。このため、インバータ 1 0は、コンデンサ 1 1より上方に位置すると共に、回転電機収容部 1 1 0の側方に位置し、インバータ 1 0およびコンデンサ 1 1は、回転電機収容部 1 1 0を規定する第 1収容ケース 1 0 1の内周面に沿って、モータジェネレータ MG 2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 MG 2の周囲にインバータ 1 0およびコンデンサ 1 1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 2 0 0のコンパクト化を図ることができる。

第 2収容ケース 1 0 3は、図 4に示すように、モータジェネレータ MG 1を収容する回転電機収容部 1 1 1とジャケット部 3 4とを規定している。この回転電機収容部 1 1 1の底面側は、モータジェネレータ MG 1を冷却する潤滑油 1 5 1 が溜められた冷媒貯留部 4 3が規定されている。

さらに、この駆動装置 1 0 0は、モータジェネレータ MG 1およびモ一タジェネレータ MG 2を冷却する冷却循環回路（回転電機用冷媒循環回路） 1 5 0を備えている。

この冷媒循澴回路 1 5 0内では、絶縁性の潤滑油 1 5 1が流通しており、この潤滑油 1 5 1は、モータジェネレータ MG 1、 MG 2に吹き付けられて、モータジェネレータ MG 1、 MG 2を冷却したり、モータジェネレータ MG 1、 MG 2 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 MG 2に吹き付けられたり、モータジェネレータ M G 2の軸受けなどに供給された潤滑油 1 5 1は、第 2収容ケース 1 0 3内に形成された冷媒 fff留部 4 1內に貯留される。また、モータジェネレータ MG 1に吹き付けられたり、モータジェネレータ MG 1の軸受けなどに供給された潤滑油 1 5 1は、第 1収容ケース 1 0 3の底部に貯留される。このように、モ一タジエネレータ MG 1、 MG 2に供給された潤滑油 1 5 1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 MG 1、 MG 2等に供給され、再度、オイルパンに戻るようになつている。

この駆動装置 1 0 0は、収容ケース 2 0 0内に配設された冷媒流通管 3 0と、冷媒流通管.3 0内を流れる水などの冷媒（L L C (Long Life Coolant) ) しと外気とを熱交換して冷媒 Lを冷却するラジェータ 4 0 0を含む冷媒循環回路 3 0 0を備えている。

冷媒流通管 3 0は、第 1収容ケース 1 0 1のうち、回転電機収容部 1 1 0の側方に位置する側面と、インパータケース 1 O Aの側面との間を流れる管路 3 1を備えている。このため、この管路 3 1内を流通する冷媒 Lは、インバータ 1 0からの熱を吸熱して、インバータ 1 0を冷却することができる。

さらに、冷媒流通管 3 0は、モータジェネレータ MG 2とインバ一タ 1 0との間に設けられているので、モータジエネレータ MG 2が駆動することにより生じる熱が、インバータ 1 0に伝達されることを抑制することができる。

ここで、管路 3 1内のうち、インパ一タケース 1 0 Aの側面と接触または近接する部分には、管路 3 1の延在方向に延びる複数のフィン（インバータ用放熱部）. 1 3 1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、ィンパータ 1 0からの熱がフィン 1 3 1から冷媒 Lに良好に放熱される。

また、この管路 3 1には、ラジェータ 4 0 0に接続された管路 3 0 1が接続されており、ラジェータ 4 0 0によって冷却された冷媒 Lが、管路 3 1の上端部に位置する開口部 3 0 aから供給されている。このため、インバータ 1 0には、コンデンサ 1 1等の他の機器によつて加熱されていない冷媒 Lを供給することができ、インバ一タ 1 0を良好に冷却することができる。

そして、この管路 3 1は、収容ケース 2 0 0の上面側から下面側に向けて延びているため、この管路 3 1内に空気や水蒸気などの気体が入り込んだとしても、当該気体が管路 ₃ 1の上端部側に変位することになる。

このため、管路 3 1のうち、インバ一タ i 0と対向する部分に空気が溜まることが抑制されており、インパ一タ 1 0を良好に冷却することができる。

ここで、管路 3 1の幅（モータジエネ I ^一タ MG 2の回転シャフトの延在方向の幅）と、インパータ 1 0の幅とを一致させるのが好ましい。このように管路 3 1を形成することにより、モータジェネレータ MG 2からインバータ 1 0への熱伝達を抑制することができ、さらに、インパータ 1 0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 3 0は、収容ケース 2 0 0の上方から下方に向けて延びた管路 3 1の下端部に接続され、コンデンサ 1 1の周囲に配設された管路 3 2を備えている。

この管路 3 2は、コンデンサケース 1 1 Aの上面から第 1収容ケース 1 0 1側の側面を通って、コンデンサケース 1 1 Aの底面に達するように延びている。このように、管路 3 2は、コンデンサケース 1 Ί Aの周面を取り囲むように延びているため、コンデンサ 1 1を良好に冷却することができる。

さらに、この管路 3 2は、モータジェネレータ MG 2とコンデンサ 1 1との間に設けられているので、モータジェネレータ MG 2からの熱がコンデンサ 1 1に伝達されることを抑制することができる。

また、管路 3 2のうち、コンデンサ 1 1の上面に位置する部分は、管路 3 1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 1 1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 3 2内に入り込んだ空気や水蒸気などの気体は、管路 3 1に排出される。このように、管路 3 2内に気体が溜まることを抑制され、管路 3 2内を冷媒 L で満たすことができるので、コンデンサ 1 1を良好に冷却することができる。ここで、コンデンサ 1 1は、潤滑油が貯留されている冷媒貯留部 4 1の側方に配置されているが、管路 3 2は、コンデンサ 1 1と冷媒貯留部 4 1との間にも位置しているので、冷媒貯留部 4 1からの熱がコンデンサ 1 1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 3 2の内表面のうち、コンデンサケース 1 1 Aに近接する部分に、管路 3 2の延在方向に延びる複数のフィン（コンデンサ用放熱部） 1 3 2を設けて、冷却効率の向上を図ってもよい。

さらに、管路 3 2の幅方向（図 2の紙面に対して垂直な方向：モータジヱネレータ MG 2の回転シャフトの延在方向）と、コンデンサ 1 1の幅とを一致させてもよい。このように管路 3 2を形成することで、モータジェネレータ MG 2および冷媒貯留部 4 1からコンデンサ 1 1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 1 1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 3 0は、管路 3 2に接続されたジャケット部 3 3を備えている。このジャケット部 3 3は、冷媒貯留部 4 1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 MG 2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 3 3においては、ジャケット部 3 3内の冷媒 Lと、冷媒貯留部 4 1内の潤滑油 1 5 1との熱交換が行なわれ、潤滑油 1 5 1を冷却することができる。

特に、ジャケット部 3 3の内表面のうち、冷媒貯留部 4 1側の部分には、ジャケット部 3 3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） 4 0が設けられており、潤滑油 1 5 1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 4 1は、モータジエネレータ MG 2の下方であって、モータジェネレータ MG 2の回転シャフトの軸方向に向けて延ぴており、ジャケット部 3 3の延在方向と一致している。

このため、ジャケット部 3 3と冷媒貯留部 4 1との対向面積が大きく、潤滑油

1 5 1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 1 5 1を良好に冷却することができる。

さらに、冷媒流通管 3 0は、このジャケット部 3 3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 3 3に接続されたジャケット部 3 4を備えている。ジャケット部 3 4は、モータジェネレータ MG 1を収容する回転電機収容部 1

1 1および冷媒貯留部 4 3の下方に設けられている。ここで、回転電機収容部 1 1 1は略円筒状に形成されており、ジャケット部 3 4は、この回転電機収容部 1 1 1を規定する第 2収容ケース 1 0 3の内周面に沿って延びている。

ここで、回転電機収容部 1 1 1および冷媒貯留部 4 3の底面側には、モータジエネレータ MG 1に吹き付けられたり、モータジェネレータ MG 1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 1 1 1および冷媒貯留部 4 3の底面側にジャケット部 3 4が設けられているので、回転電機収容部 1 1 1および冷媒貯留部 4 3内の潤滑油を冷却することができる。

また、ジャケット部 3 4の内表面のうち、回転電機収容部 1 1 1側の部分には、ジャケット部 3 4の延在方向に延びるフィン 4 2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 3 9から管路 3 0 2を介して、ラジェ一タ 4 0 0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 3 1 に向けて吐出され、冷媒流通管 3 0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 1 0 0においては、コンデンサ 1 1 よりも耐熱温度が低いインバータ 1 0をまず冷却して、その後に、コンデンサ 1 1を冷却しており、ィンバータ 1 0の劣化を抑制することができる。

また、潤滑油 1 5 1を冷却する前に、コンデンサ 1 1を冷却しており、コンデンサ 1 1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 1 1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 MG 1 , MG 2を冷却する冷媒循環回路 1 5 0と、インバータ 1 0およびコンデンサ 1 1とを冷却する冷媒循環回路 3 0 0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 MG 1 , MG 2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 1 0やコンデンサ 1 1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、ハイプ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 MG 2の側面側にインバータ 1 0などを配設しているが、これに限られず、インバータ 1 0などを発電機として機能するモータジヱネレータ MG 1の側面側に配置してもよい。このように、インバータ 1 0等を、モ一タジエネレータ MG 1の側面側に配置した場合には、まず、インバータ 1 0等を冷却した後に、冷媒貯留部 4 3内の潤滑油 1 5 1を冷却し、その後、冷媒貯留部 4 1 內の潤滑油 1 5 1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。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、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。

産業上の利用可能性

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。

Claims

請求の範囲

1. 回転電機（MG 1 , MG 2) と、

前記回転電機（MG 1, MG2) に電力を供給可能なインバータ（10) と、前記インバータ（10) に接続された電気機器 (1 1) と、

前記回転電機（MG 1 , MG 2) と前記インバータ（10) と前記電気機器 (1 1) とを収容可能な収容ケース（200) と、

前記インバータ（1 0) と前記電気機器（1 1) とを冷却可能な冷却用冷媒 (L) が流通し、前記電気機器 (1 1) より前記冷却用冷媒（L) の流通方向上流側にて前記インバータ（10) を冷却可能とされた冷却用冷媒循環回路（30 0) と、

を備えた、駆動機構。

2. 前記インバータ（10) と、前記電気機器 (1 1) とは、前記回転電機 (MG 1, MG 2) の周囲に沿って配列された、請求の範囲第 1項に記載の駆動機構。

3. 前記電気機器（1 1) は、コンデンサ（1 1) またはリアクトルの少なくとも一方を含む、請求の範囲第 1項に記載の駆動機構。

4. 前記冷却用冷媒循環回路（300) は、前記インバータ（10) と前記回転電機（MG 1, MG2) との間および前記電気機器（1 1) と前記回転電機 (MG1, MG2) との問に配設された、請求の範囲第 1項に記載の駆動機構。

5. 前記回転電機（MG 1， MG 2) を冷却する回転電機用冷却媒体が流通する回転電機用冷媒循環回路（150) をさらに備え、

前己冷却用冷媒（L) と前記回転電機用冷媒とを熱交換可能な熱交換部をさらに備えた、請求の範囲第 1項に記載の駆動機構。

6. 前記回転電機 (MG 1, MG 2) は、第 1回転電機 (MG 2) と、第 2 回転電機 (MG 1 ) とを含み、

前記回転電機用冷媒循環回路（150) は、前記第 1回転電機 (MG 2) を冷却する第 1回転電機用冷媒（1 5 1) が貯留される第 1貯留部（41) と、前記第 2回転電機 (MG 1) を冷却する第 2回転電機用冷媒（151) が貯留される第 2貯留部（43) とを含み、

前記冷却用冷媒循環回路（300) は、前記第 2貯留部（43) よりも前記冷却用冷媒（L) の流通方向上流側で、前記第 1貯留部（41) 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（L) との熱交換可能とされた、請求の範囲第 5項に記載の駆動機構。

7. 前記冷却用冷媒循環回路（300) は、

前記インバータ（10) からの熱を前記冷却用冷媒（L) に放熱可能なインバータ用放熱部（131) と、

前記コンデンサ（1 1) からの熱を前記冷却用冷媒（L) に放熱可能なコンデンサ用放熱部（ 132 ) と、 ·

を含む、請求の範囲第 1項に記載の駆動機構。