JP2007103196A - パワーケーブルおよびそれを用いるモータ駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化を図ることができるパワーケーブルおよびモータ駆動システムを提供する。
【解決手段】モータ駆動システムは、バッテリユニット４０と、電源の電圧を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧コンバータから昇圧された電圧を受け、モータを駆動するインバータと、電源と昇圧コンバータとを接続するパワーケーブル６とを備える。パワーケーブル６は、パワーケーブルの芯となる磁性体コア３０２と、磁性体コアに螺旋状に巻き付いた導電線３０８とを含む。好ましくは、パワーケーブル６は、導電線３０８の表面を被覆して絶縁する被覆３０６と、磁性体コア３０２および絶縁被覆された導電線３０４を被覆する被覆３１０とをさらに含む。好ましくは、モータは、車輪を駆動するトルクを発生し、昇圧コンバータは、車両のエンジン室に配置され、電源は、車両のエンジン室の外部に配置される。
【選択図】図１１

Description

この発明は、パワーケーブルおよびそれを用いるモータ駆動システムに関し、特に車両用のモータ駆動システムに関する。

近年、環境問題等に鑑み、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車輪駆動トルクを発生するモータを搭載する車両が注目を浴びている。このような車両をより多く普及させるためには、モータの駆動装置の小型化が必要である。

その一方で、バッテリのさらなる高電圧化を避けつつかつモータ電流を小さく抑えるために、バッテリ電圧を昇圧コンバータによって昇圧してモータを駆動するインバータに供給する構成のハイブリッド自動車も生産されている。

このような車両においては、昇圧コンバータの中に含まれるリアクトルが比較的大きな部品であるため、駆動装置の小型化の妨げとなっていた。

特開平１１−４１９７８号公報は、電動機入力線を電動機の固定子鉄心に設けられた溝を用いて固定子鉄心に巻付けることにより、ゼロ相リアクトルの別途の設置を不要とする技術について開示する。
特開平１１−４１９７８号公報 特開平８−３３６２２６号公報

特開平１１−４１９７８号公報（特許文献１）に開示された技術は、リアクトルの設置を不要とする技術ではあるが、ゼロ相リアクトルに関するものであり昇圧コンバータのリアクトルにそのまま適用できるものではない。

また仮にエンジンルーム内に設けられたモータの固定子鉄心を用いてリアクトル機能を実現したとしても、エンジンルーム内においてモータ部分がその分大型化するのでエンジンルーム内の省スペース化を十分に図ることができない。

この発明の目的は、省スペース化を一層図ることができるパワーケーブルおよびモータ駆動システムを提供することである。

この発明は、要約すると、電源と昇圧コンバータとを接続するパワーケーブルであって、パワーケーブルの芯となる磁性体コアと、磁性体コアに螺旋状に巻き付いた導電線とを備える。

好ましくは、パワーケーブルは、導電線の表面を被覆して絶縁する第１の被覆と、磁性体コアおよび絶縁被覆された導電線を被覆する第２の被覆とをさらに備える。

好ましくは、昇圧コンバータは、車両のエンジン室に配置され、電源は、車両のエンジン室の外部に配置される。

この発明の他の局面に従うと、モータ駆動システムであって、電源と、電源の電圧を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧コンバータから昇圧された電圧を受け、モータを駆動するインバータと、電源と昇圧コンバータとを接続するパワーケーブルとを備える。パワーケーブルは、パワーケーブルの芯となる磁性体コアと、磁性体コアに螺旋状に巻き付いた導電線とを含む。

好ましくは、パワーケーブルは、導電線の表面を被覆して絶縁する第１の被覆と、磁性体コアおよび絶縁被覆された導電線を被覆する第２の被覆とをさらに含む。

好ましくは、モータは、車輪を駆動するトルクを発生し、昇圧コンバータは、車両のエンジン室に配置され、電源は、車両のエンジン室の外部に配置される。

この発明の他の局面に従うと、モータ駆動システムであって、電源と、電源の電圧を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧コンバータから昇圧された電圧を受け、モータを駆動するインバータと、電源と昇圧コンバータとを接続する第１、第２のパワーケーブルとを備える。第１、第２のパワーケーブルの各々は、ケーブルの芯となる磁性体コアと、磁性体コアに螺旋状に巻き付いた導電線とを含む。第１のパワーケーブルの磁性体コアと第２のパワーケーブルの磁性体コアとは、一方端同士が接続されかつ他方端同士が接続され、環状磁路を形成する。

好ましくは、第１、第２のパワーケーブルの各々は、導電線の表面を被覆して絶縁する第１の被覆と、磁性体コアおよび絶縁被覆された導電線を被覆する第２の被覆とをさらに含む。

好ましくは、モータは、車輪を駆動するトルクを発生し、昇圧コンバータは、車両のエンジン室に配置され、電源は、車両のエンジン室の外部に配置される。

本発明によれば、昇圧コンバータ部分のリアクトルを別途設けなくて済むか、または小さなリアクトルで済ますことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両１００のモータ制御に関する構成を示す回路図である。

図１を参照して、車両１００は、電池ユニット４０と、駆動装置２０と、制御装置３０と、図示しないエンジンおよび車輪とを含む。

駆動装置２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構ＰＳＤと、減速機ＲＤと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応して設けられるインバータ２２，１４と、インバータ２２，１４に共通して設けられる昇圧コンバータ１２とを含む。

動力分割機構ＰＳＤは、基本的には、後で図２で示すエンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。

動力分割機構ＰＳＤの２つの回転軸はエンジン４、モータジェネレータＭＧ１の各回転軸にそれぞれ接続され、他の１つの回転軸は減速機ＲＤに接続される。動力分割機構ＰＳＤと一体化された減速機ＲＤによってモータジェネレータＭＧ２の回転は減速されて動力分割機構ＰＳＤに伝達される。

減速機の回転軸は、図示しない減速ギヤやディファレンシャルギヤによって車輪に結合されている。なお、減速機は必須ではなく、モータジェネレータＭＧ２の回転を減速せずに動力分割機構ＰＳＤに伝達する構成でもよい。

電池ユニット４０には端子４１，４２が設けられている。また駆動装置２０には端子４３，４４が設けられている。車両１００は、さらに、端子４１と端子４３とを結ぶパワーケーブル６と、端子４２と端子４４とを結ぶパワーケーブル８とを含む。後に詳しく説明するように、パワーケーブル６は、昇圧コンバータ１２によって使用されるリアクトルＬ１Ａとして機能する構成を有する。

電池ユニット４０は、バッテリＢと、バッテリＢの負極と端子４２との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３と、バッテリＢの正極と端子４１との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、バッテリＢの正極と端子４１との間に直列に接続される、システムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒと、端子４１と端子４２との間に接続される平滑用コンデンサＣ１とを含む。システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。

電池ユニット４０は、さらに、バッテリＢの端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０と、バッテリＢに流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１とを含む。

バッテリＢとしては、ニッケル水素、リチウムイオン等の二次電池や燃料電池などを用いることができる。また、バッテリＢに代わる蓄電装置として電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いることもできる。

昇圧コンバータ１２は、電池ユニット４０の端子４１，４２から与えられる電圧を昇圧する。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

昇圧コンバータ１２は、一方端が端子４１に接続され他方端が端子４３に接続されるパワーケーブル６をリアクトルＬ１Ａとして用いる。昇圧コンバータ１２は、昇圧後の電圧ＶＨを出力する昇圧コンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２と、平滑用コンデンサＣ２と、リアクトルＬ１Ａと直列接続されるリアクトルＬ１とを含む。リアクトルＬ１とパワーケーブル６であるリアクトルＬ１Ａとは直列に接続され、昇圧コンバータ１２で用いられるリアクトルを構成する。平滑用コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。

リアクトルＬ１の一方端は端子４３に接続され、リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

インバータ１４は、車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。またインバータ１４は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６，およびＷ相アーム１７は、昇圧コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、Ｗ相アーム１７の各中間点は、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中性点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。なお、Ｕ相コイルおよびＶ相コイルの電流を電流センサ２４により測定すれば、Ｗ相コイル用の電流センサを設けなくても計算によりＷ相コイルの電流は求めることができる。

インバータ２２は、昇圧コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続される。インバータ２２は、モータジェネレータＭＧ１に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ２２は、昇圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジンを始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。

また、インバータ２２は、エンジンのクランクシャフトから伝達される回転トルクによってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ２２の内部の構成は、図示しないがインバータ１４と同様であり、詳細な説明は繰返さない。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。

ここで、トルク指令値ＴＲ１，モータ回転数ＭＲＮ１およびモータ電流値ＭＣＲＴ１はモータジェネレータＭＧ１に関するものであり、トルク指令値ＴＲ２，モータ回転数ＭＲＮ２およびモータ電流値ＭＣＲＴ２はモータジェネレータＭＧ２に関するものである。

また、電圧ＶＢはバッテリＢの電圧であり、電流ＩＢは、バッテリＢに流れる電流である。電圧ＶＬは昇圧コンバータ１２の昇圧前電圧であり、電圧ＶＨは昇圧コンバータ１２の昇圧後電圧である。

そして制御装置３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤおよび動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対して直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

図２は、図１における動力分割機構ＰＳＤおよび減速機ＲＤの詳細を説明するための模式図である。

図２を参照して、この車両駆動装置は、モータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ２の回転軸に接続される減速機ＲＤと、減速機ＲＤで減速された回転軸の回転に応じて回転する車軸と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１と、減速機ＲＤとエンジン４とモータジェネレータＭＧ１との間で動力分配を行なう動力分割機構ＰＳＤとを備える。減速機ＲＤは、モータジェネレータＭＧ２から動力分割機構ＰＳＤへの減速比が、たとえば２倍以上である。

エンジン４のクランクシャフト５０とモータジェネレータＭＧ１のロータ３２とモータジェネレータＭＧ２のロータ３７とは同じ軸を中心に回転する。

動力分割機構ＰＳＤは、図２に示す例ではプラネタリギヤであり、クランクシャフト５０に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸に結合されたサンギヤ５１と、クランクシャフト５０と同軸上を回転可能に支持されているリングギヤ５２と、サンギヤ５１とリングギヤ５２との間に配置され、サンギヤ５１の外周を自転しながら公転するピニオンギヤ５３と、クランクシャフト５０の端部に結合され各ピニオンギヤ５３の回転軸を支持するプラネタリキャリヤ５４とを含む。

動力分割機構ＰＳＤは、サンギヤ５１に結合されたサンギヤ軸と、リングギヤ５２に結合されたリングギヤケースおよびプラネタリキャリヤ５４に結合されたクランクシャフト５０の３軸が動力の入出力軸とされる。そしてこの３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残りの１軸に入出力される動力は他の２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。

動力の取出用のカウンタドライブギヤ７０がリングギヤケースの外側に設けられ、リングギヤ５２と一体的に回転する。カウンタドライブギヤ７０は、動力伝達減速ギヤＲＧに接続されている。そしてカウンタドライブギヤ７０と動力伝達減速ギヤＲＧとの間で動力の伝達がなされる。動力伝達減速ギヤＲＧはディファレンシャルギヤＤＥＦを駆動する。また、下り坂等では車輪の回転がディファレンシャルギヤＤＥＦに伝達され、動力伝達減速ギヤＲＧはディファレンシャルギヤＤＥＦによって駆動される。

モータジェネレータＭＧ１は、回転磁界を形成するステータ３１と、ステータ３１内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれているロータ３２とを含む。ステータ３１は、ステータコア３３と、ステータコア３３に巻回される三相コイル３４とを含む。ロータ３２は、動力分割機構ＰＳＤのサンギヤ５１と一体的に回転するサンギヤ軸に結合されている。ステータコア３３は、電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。

モータジェネレータＭＧ１は、ロータ３２に埋め込まれた永久磁石による磁界と三相コイル３４によって形成される磁界との相互作用によりロータ３２を回転駆動する電動機として動作する。またモータジェネレータＭＧ１は、永久磁石による磁界とロータ３２の回転との相互作用により三相コイル３４の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。

モータジェネレータＭＧ２は、回転磁界を形成するステータ３６と、ステータ３１内部に配置され複数個の永久磁石が埋め込まれたロータ３７とを含む。ステータ３６は、ステータコア３８と、ステータコア３８に巻回される三相コイル３９とを含む。

ロータ３７は、動力分割機構ＰＳＤのリングギヤ５２と一体的に回転するリングギヤケースに減速機ＲＤによって結合されている。ステータコア３８は、たとえば電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、図示しないケースに固定されている。

モータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界とロータ３７の回転との相互作用により三相コイル３９の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。またモータジェネレータＭＧ２は、永久磁石による磁界と三相コイル３９によって形成される磁界との相互作用によりロータ３７を回転駆動する電動機として動作する。

減速機ＲＤは、プラネタリギヤの回転要素の一つであるプラネタリキャリヤ６６が車両駆動装置のケースに固定された構造により減速を行なう。すなわち、減速機ＲＤは、ロータ３７のシャフトに結合されたサンギヤ６２と、リングギヤ５２と一体的に回転するリングギヤ６８と、リングギヤ６８およびサンギヤ６２に噛み合いサンギヤ６２の回転をリングギヤ６８に伝達するピニオンギヤ６４とを含む。

たとえば、サンギヤ６２の歯数に対しリングギヤ６８の歯数を２倍以上にすることにより、減速比を２倍以上にすることができる。

［構成要素の配置説明］
図３は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動装置２０の外観を示す斜視図である。

図４は、駆動装置２０の平面図である。
図３、図４を参照して、駆動装置２０のケースは、ケース１０４とケース１０２とに分割可能に構成されている。ケース１０４は主としてモータジェネレータＭＧ１を収容する部分であり、ケース１０２は、主としてモータジェネレータＭＧ２およびパワー制御ユニットを収容する部分である。

ケース１０４にはフランジ１０６が形成され、ケース１０２にはフランジ１０５が形成され、フランジ１０６とフランジ１０５とがボルト等で固定されることにより、ケース１０４とケース１０２とが一体化される。

ケース１０２にはパワー制御ユニットを組付けるための開口１０８が設けられている。この開口１０８の内部左側部分（車両進行方向側）にはコンデンサＣ２が収容され、中央部分にはパワー素子基板１２０と端子台１１６，１１８とが収容され、右側部分にはリアクトルＬ１が収容されている。なお、この開口１０８は車両搭載状態においては蓋により閉じられている。また、コンデンサＣ２を右側に、リアクトルＬ１を左側に収容するように入れ換えても良い。

つまり、リアクトルＬ１はモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の回転軸の一方側に配置され、コンデンサＣ２は回転軸の他方側に配置されている。そしてコンデンサＣ２とリアクトルＬ１との間の領域にパワー素子基板１２０が配置されている。パワー素子基板１２０の下方にはモータジェネレータＭＧ２が配置されている。

パワー素子基板１２０にはモータジェネレータＭＧ１を制御するインバータ２２と、モータジェネレータＭＧ２を制御するインバータ１４と、昇圧コンバータ１２のアーム部とが搭載されている。

インバータ１４とインバータ２２との間の領域には上下に重ねて配置された電源用バスバーが設けられている。インバータ１４のＵ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、Ｗ相アーム１７からはそれぞれ１本ずつのバスバーがモータジェネレータＭＧ２のステータコイルにつながる端子台１１６に向けて設けられている。同様にインバータ２２からも３本のバスバーがモータジェネレータＭＧ１のステータコイルにつながる端子台１１８に向けて設けられている。

パワー素子基板１２０は高温になるためこれを冷却するためにパワー素子基板１２０の下には通水路が設けられており、通水路への冷却水入口１１４と冷却水出口１１２とがケース１０２に設けられている。なお、この入口や出口などは、たとえば、ケース１０２に対し、フランジ１０６，１０５を貫通させてユニオンナット等を打ち込んで構成される。

図１の電池ユニット４０から端子４３，４４にパワーケーブルを介して与えられた電圧はリアクトルＬ１およびアーム部１３を含む昇圧コンバータ１２によって昇圧されコンデンサＣ２によって平滑化されてインバータ１４および２２に供給される。

このように昇圧コンバータ１２を用いて電池電圧を昇圧して用いることによりバッテリ電圧を２００Ｖ程度に低減しつつ、かつモータジェネレータを５００Ｖを超える高電圧で駆動することが可能となり、電力供給を小電流で行なうことにより電気損失を抑制しかつモータの高出力を実現することができる。

駆動装置２０として、インバータ１４，２２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に加えて、昇圧コンバータ１２も含めて一体化する場合には、比較的大きな部品であるリアクトルＬ１およびコンデンサＣ２の配置場所が問題となる。

図５は、駆動装置２０を図４のＸ１方向から見た側面図である。
図５を参照して、ケース１０２にはモータジェネレータ組付け用および保守用の開口１０９が設けられており、この開口１０９は車両搭載状態においては蓋により閉じられている。

開口１０９の内部にはモータジェネレータＭＧ２が配置されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相のバスバーが接続されるステータ３６の内部にロータ３７が配置されている。ロータ３７の中央部分には中空のシャフト６０が見えている。

図５に示すように、ケース１０２のパワー制御ユニット２１を収容する収容室にはモータジェネレータＭＧ２のステータ３６が大きく食い込んでいるので、モータジェネレータＭＧ２の一方側にはリアクトルＬ１が配置され他方側にはコンデンサＣ２が配置され、大型部品を効率よく収容している。このため、コンパクトなハイブリッド車両の駆動装置が実現できている。

図６は、図４のＶＩ−ＶＩ断面における断面図である。
図６を参照して、モータジェネレータＭＧ２の断面およびパワー制御ユニット２１を収容する収容室の断面が示されている。

このハイブリッド車両の駆動装置は、同軸上に各ロータの回転中心軸が配置されるモータジェネレータＭＧ２およびＭＧ２の奥に配置されるモータジェネレータＭＧ１と、クランクシャフトの回転中心軸と同軸上にかつモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２の間に配置される動力分割機構と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット２１とを備える。パワー制御ユニット２１は、モータジェネレータＭＧ２の回転中心軸に対し、少なくとも一方側にリアクトルＬ１が他方側に平滑用コンデンサＣ２が分割配置される。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、動力分割機構、およびパワー制御ユニット２１は、金属製のケースに収容されて一体化されている。

モータジェネレータＭＧ２の潤滑油がパワー素子基板１２０側に漏れ出ないようにケース１０２には２つの空間を仕切る仕切り壁部２００が設けられている。この仕切り壁部２００の上面部分にはパワー素子基板１２０を冷却するための水路１２２が設けられ、この水路１２２は先に説明した冷却水入口１１４および冷却水出口１１２と連通している。

端子４４からはバスバー１２８によってマイナス側の電源電位がパワー素子基板１２０に伝達される。また端子４３からは図示しないが他のバスバーによってリアクトルＬ１に対して正の電源電位が伝達される。

なおこのパワー制御ユニットを収容する収容室には減速ギヤの回転軸１３０を支持する部分が食い込んでいる。

モータジェネレータＭＧ２の断面部分について説明すると、ステータ３６のコイル３９の巻回部分がステータ内周側に見えており、さらにその内周にはロータ３７、ケースの隔壁２０２およびロータの中空シャフト６０が見えている。

図７は、図４のＸ２方向から駆動装置２０を見た側面図である。図７において、パワー素子基板の上部にパワー素子を制御する制御基板１２１が配置されている。

図８は、図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面図である。
図７、図８を参照して、エンジンのクランクシャフト５０はダンパー１２４に接続され、ダンパー１２４の出力軸は動力分割機構ＰＳＤに接続される。

エンジンが配置される側からはダンパー１２４、モータジェネレータＭＧ１、動力分割機構ＰＳＤ、減速機ＲＤおよびモータジェネレータＭＧ２の順で、同一の回転軸上に並んでこれらが配置されている。モータジェネレータＭＧ１のロータ３２のシャフトは中空であり、この中空部分にダンパー１２４からの出力軸が貫通している。

モータジェネレータＭＧ１のロータ３２のシャフトは、動力分割機構ＰＳＤ側にサンギヤ５１とスプライン嵌合されている。ダンパー１２４のシャフトは、プラネタリキャリヤ５４と結合されている。プラネタリキャリヤ５４は、ピニオンギヤ５３の回転軸をダンパー１２４のシャフトの周りに回転自在に支持する。ピニオンギヤ５３は、サンギヤ５１およびリングギヤケースの内周に形成された図２のリングギヤ５２と噛み合う。

またモータジェネレータＭＧ２のロータシャフト６０の減速機ＲＤ側は、サンギヤ６２とスプライン嵌合されている。減速機ＲＤのプラネタリキャリヤ６６は、ケース１０２の隔壁２０２に固定されている。プラネタリキャリヤ６６は、ピニオンギヤ６４の回転軸を支持する。ピニオンギヤ６４は、サンギヤ６２およびリングギヤケースの内周に形成された図２のリングギヤ６８と噛み合う。

図８を見ればわかるように、モータジェネレータＭＧ１およびダンパー１２４はケース１０４の図右方向の開口１１１から組付けることができ、モータジェネレータＭＧ２はケース１０２の左方向の開口１０９から組付けることができ、減速機ＲＤおよび動力分割機構ＰＳＤはフランジ１０５，１０６の合わせ面から組付けることができる。

ケース１０２の開口１０９は、潤滑油が漏れないように蓋７１および液状ガスケット等で密閉される。ケース１０４の開口１１１の奥には蓋７２が設けられ、ＭＧ１を収容する空間は潤滑油が漏れないように液状ガスケット等やオイルシール８１によって密閉される。

モータジェネレータＭＧ１のロータ３２のシャフトは、蓋７２との間に設けられたボールベアリング７８および隔壁２０３との間に設けられたボールベアリング７７によって回転自在に支持されている。ロータ３２のシャフトは中空であり、ダンパー１２４のシャフトがその内部を貫通している。ロータ３２のシャフトとダンパー１２４のシャフトの間にはニードルベアリング７９，８０が設けられている。

モータジェネレータＭＧ２のロータ３７のシャフトは、蓋７１との間に設けられたボールベアリング７３および隔壁２０２との間に設けられたボールベアリング７４によって回転自在に支持されている。

減速機ＲＤのリングギヤと動力分割機構ＰＳＤのリングギヤがともに内周に刻まれたリングギヤケースは、隔壁２０２との間に設けられたボールベアリング７５および隔壁２０３との間に設けられたボールベアリング７６によって、回転自在に支持されている。

パワー制御ユニット２１を収容する収容室とモータジェネレータＭＧ２を収容する収容室とはケース１０２の隔壁２０２で隔てられているが、その一部は端子台１１６が挿入される貫通孔でつながっている。この端子台１１６にはモータジェネレータＭＧ２のステータコイルのバスバーが一方側に接続され、インバータ１４のバスバーが他方側に接続される。そしてこれらのバスバーを電気的に接続可能なように、端子台１１６の内部には導電性部材が通されている。つまり端子台１１６は、モータジェネレータＭＧ２側からの潤滑油分を通さないでかつ電気を通すように構成されている。

同様に、端子台１１８によって、パワー制御ユニットが収容される空間とモータジェネレータＭＧ１が収容される空間とが、電気を通しかつ潤滑油分を通さない状態で接続されている。

図９は、図４のＩＸ−ＩＸにおける断面を示した断面図である。
図９を参照して、パワー制御ユニット２１を収容する収容室においてはリアクトルＬ１の断面が示されている。リアクトルＬ１は、たとえば電磁鋼板が積層されたコアにコイルが巻回された構造を有する。

そしてリアクトルＬ１に近接して、図６で示された減速ギヤＲＧの回転軸１３０が配置され、減速ギヤＲＧのカウンタドリブンギヤ１３２が中央部に示される。このカウンタドリブンギヤ１３２は図２のカウンタドライブギヤ７０と噛み合う。そしてこのカウンタドリブンギヤ１３２の同軸上にファイナルドライブギヤ１３３が設けられ、これに噛み合うファイナルドリブンギヤであるディファレンシャルギヤＤＥＦがその下方に示されている。

このようにモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、減速機ＲＤおよび動力分割機構ＰＳＤに加えて、減速ギヤＲＧおよびディファレンシャルギヤＤＥＦを配置した状態で、周辺の空きスペースを利用してパワー制御ユニットの構成要素であるパワー素子基板１２０、リアクトルＬ１およびコンデンサＣ２を配置している。これにより、高さを低く抑えつつコンパクトなハイブリッド車両の駆動装置を実現することができる。

［リアクトルの配置の説明］
図１０は、図１で説明した車両１００の各ユニットの搭載位置を説明するための図である。

図１０を参照して、電池ユニット４０は、エンジンルーム外の空間たとえば後部座席の下またはトランクルームの中などに配置される。これに対し、図１の駆動装置２０は、たとえばエンジンルーム内に配置される。

駆動装置２０内のモータは、車輪を駆動するトルクを発生する。駆動装置２０内の昇圧コンバータは、車両のエンジン室に配置される。電池ユニット４０は、車両のエンジン室の外部に配置される。

駆動装置２０は、エンジン４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２、インバータ１４，２２および昇圧コンバータ１２が一体化されたものであり、これによりモータ駆動システム全体の重心を低くすることが可能となり車両の走行性能が向上する。

そして車両後部に配置された電池ユニット４０と、車両前部に配置された駆動装置２０とはパワーケーブル６，８によって接続される。

図１１は、パワーケーブル６および８の接続部分を説明するための図である。
図１２は、パワーケーブル６の構造を説明するための図である。

図１１、図１２を参照して、車両においてモータ駆動システムは、電池ユニット４０と、電源の電圧を昇圧する昇圧コンバータと、昇圧コンバータから昇圧された電圧を受け、モータを駆動するインバータと、電源と昇圧コンバータとを接続するパワーケーブル６とを備える。

端子４１と端子４３との間に接続されるパワーケーブル６はパワーケーブルの芯となる磁性体コア３０２と、磁性体コア３０２に螺旋状に巻付いた導電線３０４と、磁性体コア３０２および導電線３０４を被覆する被覆３１０とを含む。導電線３０４は被覆導電線であり、導電性の芯線３０８にエナメル等の絶縁性の被覆３０６を施したものである。また、磁性体コア３０２としては、たとえば鉄製のワイヤなどを用いることが可能である。

このような構成とすることにより、駆動装置２０の筐体の外部およびエンジン室の外部に昇圧コンバータで使用するリアクトルを出すことができる。なおパワーケーブル６のリアクトル成分が小さい場合には、駆動装置２０の内部に補助的にリアクトルＬ１Ａを設ける場合も考えられる。ただしこの場合はケーブル６を使用することによりリアクトルＬ１Ａの大きさはパワーケーブル６を使用しない場合と比べて小さなものでよい。

逆にパワーケーブル６のリアクトル値が大きくなり過ぎる場合にはパワーケーブル６の一部分を図１２に示すような構成にし、他の部分は通常のパワーケーブルを用いておけばよい。

図１３は、図１１に示した構成の変形例を示した図である。
図１３に示した構成は、図１１に示した構成においてパワーケーブル８に代えてパワーケーブル３１８を含む。パワーケーブル３１８は図１２に示したパワーケーブル６と同様な構成を有する。

そして図１３に示した構成においてはパワーケーブル６の磁性体コアとパワーケーブル３１８の磁性体コアとは電池ユニット４０側の一方端同士が接続され、かつ駆動装置２０側の他方端同士が接続されており、これにより環状の磁路３２２を形成している。このようにすることによりパワーケーブルによるリアクトルのインダクタンスがさらに大きくなり、昇圧コンバータ部分のリアクトルを別途設けなくて済むか、または小さなリアクトルで済ますことが可能となる。

以上説明したようなパワーケーブルを用いることで、昇圧コンバータ、インバータおよびモータジェネレータを一体化し小型化した駆動装置の構成においてリアクトルの占有スペースを小さくすることができ、場合によっては駆動装置のケース内部にリアクトルを配置しなくてもよくなる。

なお、昇圧コンバータ、インバータおよびモータジェネレータを一体化していない構成であっても、本発明を適用することができる。

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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両１００のモータ制御に関する構成を示す回路図である。 図１における動力分割機構ＰＳＤおよび減速機ＲＤの詳細を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動装置２０の外観を示す斜視図である。 駆動装置２０の平面図である。 駆動装置２０を図４のＸ１方向から見た側面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ断面における断面図である。 図４のＸ２方向から駆動装置２０を見た側面図である。 図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面図である。 図４のＩＸ−ＩＸにおける断面を示した断面図である。 図１で説明した車両１００の各ユニットの搭載位置を説明するための図である。 パワーケーブル６および８の接続部分を説明するための図である。 パワーケーブル６の構造を説明するための図である。 図１１に示した構成の変形例を示した図である。

符号の説明

４ エンジン、６，８，３１８ パワーケーブル、１０ 電圧センサ、１１，２４ 電流センサ、１２ 昇圧コンバータ、１３ アーム部、１２ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２０ 駆動装置、２１ パワー制御ユニット、３０ 制御装置、３１，３６ ステータ、３２，３７ ロータ、３３，３８ ステータコア、３４，３９ 三相コイル、４０ 電池ユニット、４１，４２，４３，４４ 端子、５０ クランクシャフト、５１，６２ サンギヤ、５２ リングギヤ、５３，６４ ピニオンギヤ、５４，６６ プラネタリキャリヤ、６０ シャフト、７３〜７８ ボールベアリング、６８ リングギヤ、７０ カウンタドライブギヤ、７１，７２ 蓋、７９，８０ ニードルベアリング、８１ オイルシール、１００ 車両、１０２，１０４ ケース、１０５，１０６ フランジ、１０８，１０９，１１１ 開口、１１２ 冷却水出口、１１４ 冷却水入口、１１６，１１８ 端子台、１２０ パワー素子基板、１２１ 制御基板、１２２ 水路、１２４ ダンパー、１２８ バスバー、１３０ 回転軸、１３２ カウンタドリブンギヤ、１３３ ファイナルドライブギヤ、２００ 壁部、２０２，２０３ 隔壁、３０２ 磁性体コア、３０４ 導電線、３０６，３１０ 被覆、３０８ 芯線、３２２ 磁路、Ｂ バッテリ、Ｃ１，Ｃ２ 平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＤＥＦ ディファレンシャルギヤ、Ｌ１，Ｌ１Ａ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＳＤ 動力分割機構、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、Ｒ 制限抵抗、ＲＤ 減速機、ＲＧ 減速ギヤ、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３ システムメインリレー。

Claims (9)

1. 電源と駆動装置とを接続するパワーケーブルであって、
   前記パワーケーブルの芯となる磁性体コアと、
   前記磁性体コアに螺旋状に巻き付いた導電線とを備える、パワーケーブル。
2. 前記導電線の表面を被覆して絶縁する第１の被覆と、
   前記磁性体コアおよび絶縁被覆された前記導電線を被覆する第２の被覆とをさらに備える、請求項１に記載のパワーケーブル。
3. 前記駆動装置は、車両のエンジン室に配置され、
   前記電源は、前記車両の前記エンジン室の外部に配置される、請求項１に記載のパワーケーブル。
4. 電源と、
   前記電源の電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
   前記昇圧コンバータから昇圧された電圧を受け、モータを駆動するインバータと、
   前記電源と前記昇圧コンバータとを接続するパワーケーブルとを備え、
   前記パワーケーブルは、
   前記パワーケーブルの芯となる磁性体コアと、
   前記磁性体コアに螺旋状に巻き付いた導電線とを含む、モータ駆動システム。
5. 前記パワーケーブルは、
   前記導電線の表面を被覆して絶縁する第１の被覆と、
   前記磁性体コアおよび絶縁被覆された前記導電線を被覆する第２の被覆とをさらに含む、請求項４に記載のモータ駆動システム。
6. 前記モータは、車輪を駆動するトルクを発生し、
   前記昇圧コンバータは、車両のエンジン室に配置され、
   前記電源は、前記車両の前記エンジン室の外部に配置される、請求項４に記載のモータ駆動システム。
7. 電源と、
   前記電源の電圧を昇圧する昇圧コンバータと、
   前記昇圧コンバータから昇圧された電圧を受け、モータを駆動するインバータと、
   前記電源と前記昇圧コンバータとを接続する第１、第２のパワーケーブルとを備え、
   前記第１、第２のパワーケーブルの各々は、
   ケーブルの芯となる磁性体コアと、
   前記磁性体コアに螺旋状に巻き付いた導電線とを含み、
   前記第１のパワーケーブルの磁性体コアと前記第２のパワーケーブルの磁性体コアとは、一方端同士が接続されかつ他方端同士が接続され、環状磁路を形成する、モータ駆動システム。
8. 前記第１、第２のパワーケーブルの各々は、
   前記導電線の表面を被覆して絶縁する第１の被覆と、
   前記磁性体コアおよび絶縁被覆された前記導電線を被覆する第２の被覆とをさらに含む、請求項７に記載のモータ駆動システム。
9. 前記モータは、車輪を駆動するトルクを発生し、
   前記昇圧コンバータは、車両のエンジン室に配置され、
   前記電源は、前記車両の前記エンジン室の外部に配置される、請求項７に記載のモータ駆動システム。

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