CN109249799B - 驱动单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种驱动单元。驱动单元(14)的电路单元(16)具有板状的散热器(30)和下壳体(28)，其中，所述板状的散热器(30)沿与马达(18)的旋转轴(C)正交的方向延伸；所述下壳体(28)被配置在散热器(30)的下侧。在驱动单元(14)中，形成于下壳体(28)的紧固部(60)与外壳(22)紧固连接，位于紧固部(60)的上端(64)的紧固面(80)的高度位于从散热器(30)的下表面(34)到上表面(32)的高度范围(H)内。

Description

驱动单元
技术领域
本发明涉及一种被设置于电动车辆或混合动力车辆上的、组合了马达和电路单元的驱动单元(drive unit：驱动装置)。
背景技术
使用电动式马达作为驱动源的电动车辆或混合动力车辆具有将从高压电源供给的电功率(electric power)转换成用于驱动马达的电功率并向马达供给的驱动电路。该驱动电路被收容于壳体(case)而单元化，例如将其称为电路单元。电路单元除了驱动电路的结构部件之外，还具有对驱动电路进行冷却的散热器(heat sink)和控制驱动电路的开关动作来控制马达的ECU等。马达和电路单元构成驱动单元。
日本发明专利公开公报特开2016-140198号示出除了具有马达和电路单元之外还具有发电机(generator)的驱动单元。如日本发明专利公开公报特开2016-140198号所记载的那样，电路单元的壳体通过螺栓被紧固固定于马达和发电机的外壳(housing)上侧。在为混合动力车辆的情况下，马达和发电机的外壳被安装于包括发动机、变速器等的动力发生装置(以下，称为动力设备(power plant)。)的外壳。另外，马达和发电机的旋转轴连结于发动机的旋转轴。
发明内容
发动机的振动传播到驱动单元。另外，驱动单元所具有的马达和发电机本身也在旋转动作时发生振动。由于这些振动，驱动单元整体发生振动。当此时被固定于驱动单元的上部的电路单元大幅摆动时，存在驱动单元本身的振动被放大而噪声增大的担忧。另外，还存在发动机和驱动单元共振，驱动单元和动力设备相对于振动的刚性不足的担忧。
本发明是考虑这样的技术问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制振动的驱动单元。
第1技术方案为一种驱动单元，其具有马达和电路单元，所述电路单元收容将从电源输入的电功率向所述马达供给的驱动电路，并且被固定在所述马达的外壳的上侧，
所述驱动单元的特征在于，
所述电路单元具有板状的散热器和下壳体，其中，
所述板状的散热器沿与所述马达的旋转轴正交的方向延伸；
所述下壳体被配置在所述散热器的下侧，
形成于所述下壳体的紧固部与所述外壳紧固连接，
位于所述紧固部的上端的紧固面的高度位于从所述散热器的下表面的高度到上表面的高度的高度范围内。
存在将驱动电路的结构部件设置于沿与马达的旋转轴正交的方向延伸的板状的散热器的上下两侧的电路单元。该方式的电路单元的重心位置为散热器的高度附近。在被配置于散热器下侧的下壳体与马达的外壳被紧固连接的情况下，当位于紧固部的上端的紧固面与散热器的高度方向上的距离变远时，紧固面的高度与电路单元的重心的高度的偏移增大。在该情况下，驱动单元振动时电路单元的摆动易于增大。
根据第1技术方案，被紧固在外壳上的下壳体的紧固面位于从散热器的下表面的高度到上表面的高度的高度范围内，因此，与紧固面的高度位于比散热器靠下方或靠上方的高度范围的情况相比较，电路单元的重心与紧固面的高度方向上的偏移小，能够抑制电路单元的摆动。因此，即使由于发动机的振动或马达的振动而驱动单元振动，也能够抑制驱动单元的振动由于电路单元的摆动而被放大的情况。因此，能够抑制驱动单元的振动。
在第1技术方案中，也可以为：所述电路单元的重心高度位于从所述散热器的所述下表面的高度到所述上表面的高度的高度范围内。
根据上述结构，电路单元的重心高度位于刚性最高的散热器内，因此，能够抑制驱动单元的振动被放大的情况。
在第1技术方案中，也可以为：所述紧固面位于所述散热器的下表面的高度位置。
根据上述结构，紧固面形成于下壳体的相对于散热器的对准面的高度位置，因此能够一边抑制下壳体结构的复杂化，一边抑制驱动单元的振动被放大的情况。
在第1技术方案中，也可以为：在所述外壳的外表面形成有螺栓孔，在螺栓的螺纹部嵌入所述螺栓孔的状态下，所述螺栓的头部向所述外壳侧按压所述紧固部的上端，据此，所述紧固部和所述外壳被紧固连接，
所述紧固面是包括所述紧固部的上端的平面。
根据上述结构，紧固部被螺栓从上方向下方按压，因此，能够更牢固地将紧固部和外壳紧固。
第2技术方案为一种驱动单元，其具有马达和电路单元，所述电路单元收容将从电源输入的电功率向所述马达供给的驱动电路，并且被固定在所述马达的外壳的上侧，
所述驱动单元的特征在于，
所述电路单元具有板状的散热器和下壳体，其中，
所述板状的散热器的上表面和下表面固定有所述驱动电路的结构部件；
所述下壳体被配置在所述散热器的下侧，
形成于所述下壳体的紧固部与所述外壳紧固连接，
位于所述紧固部的上端的紧固面的高度位于从所述散热器的所述下表面的高度到所述上表面的的高度的高度范围内。
根据第2技术方案，被紧固在外壳上的下壳体的紧固面位于从散热器的下表面的高度到上表面的高度的高度范围内，因此，与紧固面的高度位于比散热器靠下方或靠上方的高度范围的情况相比较，电路单元的重心与紧固面的高度方向上的偏移小，能够抑制电路单元的摆动。因此，即使由于发动机的振动或马达的振动而驱动单元振动，也能够抑制驱动单元的振动由于电路单元的摆动而被放大的情况。因此，能够抑制驱动单元的振动。
在第2技术方案中，也可以为：在所述外壳的外表面形成有螺栓孔，在螺栓的螺纹部嵌入所述螺栓孔的状态下，所述螺栓的头部向所述外壳侧按压所述紧固部的上端，据此，所述紧固部和所述外壳被紧固连接，
所述紧固面是包括所述紧固部的上端的平面。
根据上述结构，紧固部被螺栓从上方向下方按压，因此，能够更牢固地将紧固部和外壳紧固。
根据本发明，即使由于发动机的振动或马达的振动而驱动单元振动，也能够抑制驱动单元的振动由于电路单元的摆动而被放大的情况。因此，能够抑制驱动单元的振动。
根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的、特征和优点应易于被理解。
附图说明
图1是设置在车辆上的状态的驱动单元的简易外观图。
图2是驱动单元具有的电路单元的电路图。
图3是驱动单元具有的电路单元的简易俯视图。
图4是驱动单元具有的电路单元的简易侧视图。
图5A是用于说明紧固面位于比散热器高的位置的驱动单元的振动的图，图5B是用于说明图5A中的电路单元的重心位置与紧固面的位置关系的图。
图6A是用于说明紧固面位于比散热器低的位置的驱动单元的振动的图，图6B是用于说明图6A中的电路单元的重心位置与紧固面的位置关系的图。
图7A是用于说明紧固面位于与散热器相同的位置的驱动单元的振动的图，图7B是用于说明图7A中的电路单元的重心位置与紧固面的位置关系的图。
具体实施方式
下面，列举优选的实施方式并参照附图来详细说明本发明所涉及的驱动单元。另外，在以下说明的实施方式中，假定被设置在以发动机和马达为驱动源的混合动力车辆上的驱动单元。
[1驱动单元14]
如图1所示，本实施方式所涉及的驱动单元14被配置于车辆10的前部且动力设备12的左侧。驱动单元14在下部具有行驶用的马达18和发电机20，在上部具有电路单元16。在本说明书中所谓的上下方向表示马达18和发电机20、与电路单元16的相对位置关系。在本说明书中，以马达18和发电机20的位置为下，以电路单元16的位置为上。另外，还将上下方向称为高度方向。马达18的旋转轴和发电机20的旋转轴连结于动力设备12所包括的发动机的旋转轴。马达18和发电机20具有共同的外壳22。马达18以旋转轴C(图5A、图6A、图7A)与车宽方向平行的方式来配置。
马达18是3相交流无刷式，作为车辆10的行驶用的驱动源生成动力并将其向驱动轮侧供给。即，马达18通过来自高压电池(high-voltage battery)24(图2)的电功率和来自发电机20的电功率中的一方或双方来进行驱动。另外，马达18在车辆10制动时进行再生，将再生功率向高压电池24供给。再生功率也可以被向低电压系统94(图2)供给。马达18也可以除了行驶驱动功能之外还作为发电机来发挥作用，或者代替行驶驱动功能而作为发电机来发挥作用。
发电机20是3相交流无刷式，使用来自发动机的动力进行发电。发电机20发电得到的电功率被向高压电池24或马达18或者低电压系统94供给。发电机20也可以除了发电功能之外还作为牵引马达来发挥作用，或者代替发电功能而作为牵引马达来发挥作用。
高压电池24是包括多个电池单元且能够输出高电压(数百伏特)的蓄电装置(能量储存器)，例如，能够使用锂离子二次电池、镍氢二次电池等。还能够代替高压电池24而使用电容器等蓄电装置，或者除了高压电池24之外还使用电容器等蓄电装置。
[2电路单元16]
[2.1电路单元16的电气连接结构]
电路单元16还被称为功率控制单元(PCU)。电路单元16所具有的驱动电路40(图2)对来自高压电池24和/或发电机20的电功率进行转换或调整，并将其向马达18供给。另外，驱动电路40对发电机20的发电功率和马达18的再生功率进行转换或调整而对高压电池24进行充电。
如图2所示，电路单元16具有驱动电路40和电子控制装置162(以下称为“ECU162”。)。驱动电路40具有第1DC/DC转换器402、第1换流器(inverter)404、第2换流器406、第1电容器408、第2电容器410和第2DC/DC转换器412。
第1DC/DC转换器402是升降压型的转换器。第1DC/DC转换器402将高压电池24的输出电压升压并输出给马达18。另外，第1DC/DC转换器402将发电机20的输出电压或马达18的输出电压降压并将其向高压电池24供给。
第1换流器404将来自高压电池24的直流电流转换为交流电流并将其向马达18供给。另外，第1换流器404将来自马达18的交流电流转换为直流电流并将其向高压电池24侧供给。
第2换流器406将来自发电机20的交流电流转换为直流电流并将其向高压电池24侧和/或马达18侧供给。另外，在使用发电机20作为行驶驱动源的情况下，第2换流器406将来自高压电池24的直流电流转换成交流电流并将其向发电机20供给。
第1电容器408和第2电容器410作为平滑电容器来发挥作用。
第2DC/DC转换器412将高压电池24的电压等降压并将其输出给低电压系统94。
ECU162是控制驱动电路40的各部的控制电路(或控制装置)，具有未图示的输入输出部、运算部和存储部。输入输出部通过信号线164(通信线)来进行与车辆10的各部的信号的输入输出。另外，要注意在图2中信号线164被简化示出。输入输出部具有将输入的模拟信号转换成数字信号的未图示的A/D转换电路。
运算部包括中央运算装置(CPU)，通过执行存储于存储部的程序来进行动作。运算部所执行的一部分功能还能够使用逻辑IC来实现。程序也可以经由未图示的无线通信装置(移动电话、智能手机等)从外部来供给。运算部还能够用硬件(电路零部件)来构成程序的一部分。
存储部存储运算部所使用的程序和数据，具有随机存取存储器(RAM)。作为RAM能够使用寄存器等易失性存储器和闪存存储器等非易失性存储器。另外，除了具有RAM之外，存储部还可以具有只读存储器(ROM)。
低电压系统94是对低电压(例如12V)进行处理的电力系统。低电压系统94例如包括低压电池、导航装置、前大灯(均未图示)、ECU等。
[2.2电路单元16的结构]
如图3、图4所示，电路单元16除了具有图2所示的驱动电路40之外，还具有上壳体26、下壳体28、沿与马达18的旋转轴C正交的方向延伸的板状的散热器30和ECU162。在本实施方式的电路单元16中，以散热器30为分界在上侧(高度方向上的一侧)配置上壳体26，在下侧(高度方向上的另一侧)配置下壳体28。另外，在图3、图4中，被收容于电路单元16的驱动电路40(第1结构部件42、第2结构部件44)和ECU162用虚线表示。
散热器30由铝等导热率高的金属形成，对驱动电路40进行冷却。散热器30在高度方向上具有厚度，例如如国际公开第2013/080736号所示，在上表面32与下表面34之间具有散热片和冷却剂的流路(水套(water jacket))。在散热器30上连接有使冷却剂流入内部的流路的流入管36和使冷却剂从内部的流路流出的流出管38。散热器30与未图示的储罐(tank)、泵、冷却器(radiator)等一起形成使冷却剂循环的冷却回路。在散热器30的上表面32固定有冷却对象的第1结构部件42，在下表面34固定有冷却对象的第2结构部件44。
构成驱动电路40的第1结构部件42和第2结构部件44由构成图2所示的第1DC/DC转换器402、第1换流器404、第2换流器406、第1电容器408、第2电容器410、第2DC/DC转换器412等的零部件组构成。作为一例，第1结构部件42包括第1换流器404、第2换流器406、第1电容器408和第2电容器410的零部件，第2结构部件44包括第1DC/DC转换器402和第2DC/DC转换器412的零部件。另外，各结构部件的配置并不限定于前述的例子。
在散热器30的前部设置有第1端子50。第1端子50是驱动电路40的输出端子，通过线束(harness)连接于低电压系统94。
散热器30的上表面32、第1结构部件42和ECU162被上壳体26覆盖。散热器30的下表面34和第2结构部件44被下壳体28覆盖。上壳体26、散热器30和下壳体28通过多个螺钉部件90被相互紧固。上壳体26的高度方向上的长度比下壳体28的高度方向上的长度长。并且，散热器30被配置于比电路单元16整体的高度方向上的中间位置靠下方的位置。
在下壳体28的外缘的左部设有第2端子52。第2端子52是驱动电路40的输入端子，通过线束连接于高压电池24。在下壳体28的下部设有第3端子54和第4端子56。第3端子54是驱动电路40的输出端子，通过线束连接于马达18的各相的输入端子。第4端子56是驱动电路40的输入端子，通过线束连接于发电机20的各相的输出端子。
在下壳体28的周缘形成有多个紧固部60。在本实施方式中设有4个紧固部60。在各个紧固部60形成有从上方即高度方向上的一侧向下方即高度方向上的另一侧贯穿的通孔62。螺栓70的螺纹部72从紧固部60的上方贯插在通孔62中。螺纹部72的端部从紧固部60的下端66向下方突出，嵌入在马达18和发电机20的外壳22的上部形成的螺栓孔78。螺纹部72是外螺纹，螺栓孔78是内螺纹。
在各个紧固部60，当使螺栓70旋转来进行紧固时，螺栓70的头部74向外壳22侧按压紧固部60的上端64。于是，紧固部60的下端66被按压在外壳22上，紧固部60和外壳22被紧固。其结果，下壳体28和外壳22被紧固连接，电路单元16和外壳22被紧固。在该状态下，包括多个紧固部60的上端64的平面成为紧固面80。紧固部60被牢固地固定在外壳22上，其固定范围的上端为紧固面80。
下壳体28抵接于散热器30的抵接部28a和紧固部60的上端64共面。因此，紧固面80的高度与散热器30的下表面34的高度相同。但是，紧固部60的上端64也可以比抵接部28a高。在该情况下，以使紧固面80的高度位于从散热器30的下表面34的高度到上表面32的高度的高度范围H内的方式，来形成各个紧固部60。
[3电路单元16的重心位置]
在电路单元16中，作为其中刚性最高的部件的散热器30的质量大，成为电路单元16的质量中心的重心82的高度为散热器30附近。
尤其是在本实施方式中，根据散热器30的质量、被固定于散热器30上侧的第1结构部件42的质量和被固定于散热器下侧的第2结构部件44的质量的关系，电路单元16的重心82的高度位于散热器30的内部、即散热器30的高度范围H内。
在此，对电路单元16的重心82的高度位置与驱动单元14的振动的关系进行说明。当动力设备12和/或马达18与发电机20旋转驱动时，如图5A、图6A、图7A的箭头A所示，驱动单元14以向前后方向倾斜的方式进行振动。电路单元16的主体中的紧固面80被最牢固地固定于外壳22。因此，能够视为紧固面80是与外壳22大致一体的刚体。因此，在驱动单元14如箭头A所示的那样振动的情况下，进一步以电路单元16的重心82相对于外壳22和电路单元16的紧固面80摆动的方式进行振动。
如图5A所示，在紧固面80位于比散热器30的高度范围H低的位置的情况下，电路单元16的重心82的位置比紧固面80高。如图5B所示，在重心82相对于紧固面80的距离h为重心82越靠上方距离h越大的情况下，伴随着外壳22的振动(箭头A)，在重心82的高度位置沿前后方向作用大的力矩。其结果，重心82的高度位置的前后方向上的振动(箭头B)变大增大。当该振动(箭头B)大时，驱动单元14整体的振动(箭头A)变得更大。
如图6A所示，在紧固面80位于比散热器30的高度范围H高的位置的情况下，电路单元16的重心82的位置比紧固面80低。如图6B所示，在重心82相对于紧固面80的距离h为重心82越靠下方距离h越大的情况下，伴随着外壳22的振动(箭头A)，在重心82的高度位置沿前后方向作用大的力矩。其结果，重心82的高度位置的前后方向上的振动(箭头B)增大。当该振动(箭头B)大时，驱动单元14整体的振动(箭头A)变得更大。
如图7A所示，在紧固面80位于散热器30的高度范围H内的情况下，电路单元16的重心82的位置成为与紧固面80大致相同的高度。如图7B所示，在重心82相对于紧固面80的距离h小的情况下，伴随着外壳22的振动(箭头A)，在重心82的高度位置沿前后方向作用比较小的力矩。其结果，重心82的高度位置的前后方向上的振动(箭头B)被抑制得比较小。因此，当该振动(箭头B)小时，驱动单元14整体的振动(箭头A)进一步增大的情况得到抑制。即，能够抑制驱动单元14整体的振动(箭头A)增大。
这样，距离h大的驱动单元14的振动(箭头A)易于增大，与此相对，距离h小的驱动单元14的振动被抑制得比较小。其结果，在距离h大的情况下，作为包括被相互紧固固定的电路单元16和外壳22的驱动单元14的刚性变低，在距离h小的情况下，作为包括电路单元16和外壳22的驱动单元14的刚性变高。
[4本实施方式的总结]
驱动单元14具有马达18和电路单元16，所述电路单元16收容将从高压电池24(电源)输入的电功率向马达18供给的驱动电路40，并且被固定于马达18的外壳22的上侧。电路单元16具有：板状的散热器30，其沿与马达18的旋转轴C正交的方向延伸；和下壳体28，其被配置于散热器30的下侧。在驱动单元14中，形成于下壳体28的紧固部60与外壳22紧固连接，位于紧固部60的上端64的紧固面80的高度位于从散热器30的下表面34的高度到上表面32的高度的高度范围H内。另外，在散热器30的上表面32和下表面34固定有驱动电路40的第1结构部件42和第2结构部件44(结构部件)。
存在将驱动电路40的第1结构部件42和第2结构部件44设置于沿车辆10的前后方向延伸的板状的散热器30的上下两侧的电路单元16。该方式的电路单元16的重心82的位置为散热器30的高度附近。在被配置于散热器30的下侧的下壳体28与马达18的外壳22被紧固连接的情况下，当位于紧固部60的上端64的紧固面80与散热器30的高度方向上的距离h变远时，紧固面80的高度与电路单元16的重心82的高度的偏移增大。在该情况下，驱动单元14振动时电路单元16的摆动易于增大。
根据本实施方式，被紧固在外壳22上的下壳体28的紧固面80位于从重心82所位于的散热器30的下表面34的高度到上表面32的高度的高度范围H内，因此，与紧固面80的高度位于比散热器30靠下方或靠上方的高度范围H内的情况相比较，电路单元16的重心82与紧固面80的高度方向上的偏移减小，能够抑制电路单元16的摆动。因此，即使由于发动机的振动或马达18的振动而驱动单元14振动，也能够抑制驱动单元14的振动由于电路单元16的摆动而被放大的情况。因此，能够抑制驱动单元14的振动。
另外，在外壳22的外表面形成有螺栓孔78，在螺栓70的螺纹部72嵌入螺栓孔78的状态下，螺栓70的头部74向外壳22侧按压紧固部60的上端64，据此，紧固部60和外壳22被紧固。紧固面80是包括紧固部60的上端64的平面。根据上述结构，紧固部60被螺栓70从上方向下方按压，因此，能够更牢固地将紧固部60和外壳22紧固。
另外，本发明所涉及的驱动单元并不限定于上述的实施方式，当然能够在不脱离本发明的要旨的范围内采用各种结构。

Claims (6)

1.一种驱动单元(14)，其具有马达(18)和电路单元(16)，所述电路单元(16)收容将从电源输入的电功率向所述马达(18)供给的驱动电路(40)，并且被固定在所述马达(18)的外壳(22)的上侧，
所述驱动单元(14)的特征在于，
所述电路单元(16)具有板状的散热器(30)和下壳体(28)，其中：所述板状的散热器(30)沿与所述马达(18)的旋转轴正交的方向延伸，且具有从下表面(34)到上表面(32)的高度，在所述下表面(34)的高度与所述上表面(32)的高度之间具有冷却剂的流路；所述下壳体(28)被配置在所述散热器(30)的下侧，
形成于所述下壳体(28)的紧固部(60)与所述外壳(22)紧固连接，
位于所述紧固部(60)的上端(64)的紧固面(80)的高度位于从所述散热器(30)的下表面(34)的高度到上表面(32)的高度的高度范围内。
2.根据权利要求1所述的驱动单元(14)，其特征在于，
所述电路单元(16)的重心(82)高度位于从所述散热器(30)的所述下表面(34)的高度到所述上表面(32)的高度的高度范围内。
3.根据权利要求1或2所述的驱动单元(14)，其特征在于，
所述紧固面(80)位于所述散热器(30)的所述下表面(34)的高度位置。
4.根据权利要求1或2所述的驱动单元(14)，其特征在于，
在所述外壳(22)的外表面形成有螺栓孔(78)，在螺栓(70)的螺纹部(72)嵌入所述螺栓孔(78)的状态下，所述螺栓(70)的头部(74)向所述外壳(22)侧按压所述紧固部(60)的上端(64)，据此所述紧固部(60)与所述外壳(22)被紧固连接，
所述紧固面(80)是包括所述紧固部(60)的上端(64)的平面。
5.一种驱动单元(14)，其具有马达(18)和电路单元(16)，所述电路单元(16)收容将从电源输入的电功率向所述马达(18)供给的驱动电路(40)，并且被固定在所述马达(18)的外壳(22)的上侧，
所述驱动单元(14)的特征在于，
所述电路单元(16)具有板状的散热器(30)和下壳体(28)，其中，
所述板状的散热器(30)具有从下表面(34)到上表面(32)的高度，在所述下表面(34)的高度与所述上表面(32)的高度之间具有冷却剂的流路，在所述上表面(32)和所述下表面(34)固定有所述驱动电路(40)的结构部件；
所述下壳体(28)被配置在所述散热器(30)的下侧，
形成于所述下壳体(28)的紧固部(60)与所述外壳(22)紧固连接，
位于所述紧固部(60)的上端的紧固面(80)的高度位于从所述散热器(30)的所述下表面(34)的高度到所述上表面(32)的高度的高度范围内。
6.根据权利要求5所述的驱动单元(14)，其特征在于，
在所述外壳(22)的外表面形成有螺栓孔(78)，在螺栓(70)的螺纹部(72)嵌入所述螺栓孔(78)的状态下，所述螺栓(70)的头部(74)向所述外壳(22)侧按压所述紧固部(60)的上端(64)，据此所述紧固部(60)与所述外壳(22)被紧固连接，
所述紧固面(80)是包括所述紧固部(60)的上端(64)的平面。
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