JP2008253041A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータやドライバなどの冷却系をコンパクトに構成することが可能なモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置は、エンジンなどに搭載され、ドライバ部によってモータを動作させることによって駆動力を発生させる。具体的には、ドライバ部は、エンジンのヘッドカバーの内部に設置され、少なくともモータへ供給する電流を生成するインバータとして機能する。また、冷却水循環構造は、モータ及びドライバ部に対して用いる冷却水を共有化して冷却を行う。詳しくは、モータを冷却する前にドライバ部を構成するパワーモジュールを冷却するように、エンジンのシリンダヘッドから導入された冷却水を循環させる。これにより、モータ及びドライバ部の冷却系をコンパクトに構成できると共に、ドライバ部のパワーモジュールを効率的に冷却でき、パワーモジュールの過熱を効果的に抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに搭載され、モータを駆動するためのモータ駆動装置に関する。

従来より、エンジンルーム内の省スペース化を図るための技術が提案されている。例えば、特許文献１には、省スペースと部品点数の削減を図った自動車用エンジンの吸気系構造が記載されている。具体的には、この技術においては、エンジンのヘッドカバーの外部に電子回路を搭載する構成を採用している。

特開２００４−１５６５２６号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、電子回路の搭載位置が燃焼室に近いため、動作環境の温度上昇を抑制しなければならない場合があった。この場合には、スペース上、温度上昇を抑制するための冷却系の搭載性を向上させることが望まれていた。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、モータやドライバなどの冷却系をコンパクトに構成することが可能なモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、モータを駆動するモータ駆動装置は、エンジンのヘッドカバーの内部に設置され、少なくとも前記モータへ供給する電流を生成するインバータとして機能するドライバ部と、前記モータを冷却する前に前記ドライバ部を構成するパワーモジュールを冷却するように、前記エンジンのシリンダヘッドから導入された冷却水を循環させる冷却水循環構造と、を備えることを特徴とする。

上記のモータ駆動装置は、エンジンなどに搭載され、ドライバ部によってモータを動作させることによって発生された駆動力を、車両内の構成部に対して供給するように機能する。具体的には、ドライバ部は、エンジンのヘッドカバーの内部に設置され、少なくともモータへ供給する電流を生成するインバータとして機能する。また、冷却水循環構造は、モータ及びドライバ部に対して用いる冷却水を共有化して、モータ及びドライバ部の冷却を行う。詳しくは、冷却水循環構造は、モータを冷却する前にドライバ部を構成するパワーモジュールを冷却するように、エンジンのシリンダヘッドから導入された冷却水を循環させる。上記のモータ駆動装置によれば、モータ及びドライバ部の冷却系をコンパクトに構成できると共に、ドライバ部のパワーモジュールを効率的に冷却することができ、パワーモジュールの過熱を効果的に抑制することが可能となる。

上記のモータ駆動装置の一態様では、前記ドライバ部は、前記ヘッドカバーの上面よりも下側に配置されると共に、内部に液体が入ったケースに隣接して配置される。

これにより、ドライバの雰囲気温度の上昇を効果的に抑制することができる。また、ヘッドカバー内のエンジンオイルからドライバ部の回路を隔離できるので、オイルによる電気的な接触不良域やオイルによる劣化などを効果的に防止できる。

上記のモータ駆動装置において好適には、前記ケースには、前記冷却水が通過し、前記ケース内を通過する冷却水の温度を検出し、検出した前記温度に対応する電気信号を前記ドライバ部に対して供給する温度検出手段を更に備える。これにより、１つの温度検出手段によって、同時に２つの被冷却物（つまり、モータとドライバ部）に対する冷却水の温度を検出することができる。よって、温度検出手段を２つの被冷却物ごとに設ける場合と比較すると、コストを低減することが可能となる。

更に好適には、前記ドライバ部から前記モータへの概ね最短経路を通過する配線によって、前記モータへ前記電流を供給する。これにより、ドライバ部からモータへの給電線路を概ね最短にすることができるため、電気ロス、配線コスト、ノイズ、及び搭載スペースなどを削減することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

図１は、本実施形態に係るモータ駆動装置が適用されたモータ駆動システム５０の構成を示す概略図である。なお、図１は、エンジン内のピストン（不図示）の移動方向に概ね沿って切断した断面図を示している。

モータ駆動システム５０は、主に、モータ１０とドライバ部２０とを有しており、車両のエンジンに搭載される。具体的には、モータ駆動システム５０は、モータ１０とドライバ部２０とが一体に構成されており、エンジンのヘッドカバー６の内側に設けられ、エンジンのシリンダヘッド５の上部に設置される。つまり、モータ駆動システム５０は、エンジンのシリンダヘッド５とヘッドカバー６との間に形成された空間に設けられている。基本的には、モータ駆動システム５０は、ドライバ部２０によってモータ１０を動作させることによって発生された駆動力を、車両内の構成部に対して供給するように機能する。

モータ１０は、主に、ステータ１１と、ロータ１２と、モータ軸１３と、ギヤ１４と、ハウジング１５、１６と、を有する。モータ１０は、エンジンのシリンダヘッド５の上部に設置されている。モータ１０は、基本的には、ステータ１１における固定子巻線に電流が供給されることによって、ロータ１２がモータ軸１３を中心にして回転するように構成されている。

モータ１０において下側に設けられたハウジング１５には、シリンダヘッド５から導入された冷却水（エンジン冷却水）が供給される。この場合、ハウジング１５に形成された冷却水通路１７に、冷却水が供給される。そして、ハウジング１５に導入された冷却水は、モータ１０において上側に設けられたハウジング１６に導入される。具体的には、冷却水は、図１中の破線矢印Ａ１で示すように、ハウジング１５からハウジング１６へ至る概ね最短経路を通過して、ハウジング１６に形成された冷却水通路１８に供給される。また、この冷却水通路１８内には、放熱フィン１９が形成されている。詳細は後述するが、ハウジング１６は、冷却水通路１８内を通過する冷却水によって、上部に搭載されたドライバ部２０を冷却する水ケースとして機能する。

ドライバ部２０は、主に、インテリジェントパワーモジュール（以下、「ＩＰＭ」と呼ぶ。）２１と、基板２２と、パワー配線２３と、水温センサ２４と、モータ過熱センサ２５と、を有する。ドライバ部２０は、モータ１０の上部であって、エンジンのヘッドカバー６の内側に設置される（つまり、ヘッドカバー６の上面よりも下側に配置される）。詳しくは、ドライバ部２０は、ヘッドカバー６に設置されたカバー３０とハウジング１６との間に形成された空間に設けられる。なお、この空間に振動防止のためのシリコンゲルなどを入れても良い。

ドライバ部２０は、ＩＰＭ２１によりインバータを構成し、直流の高電圧から三相交流電圧を生成する。そして、この三相交流電圧をモータ１０に供給することによって、モータ１０を駆動する。具体的には、ドライバ部２０は、三相交流電圧をステータ１１における固定子巻線に給電する（固定状態）。詳しくは、固定子巻線への給電は、ドライバ部２０の基板２２から概ね最短距離で固定子巻線に至るパワー配線２３によって行われる。また、ドライバ部２０は、コネクタ部４０から電流が供給され、この電流によって動作する。

ＩＰＭ２１は、前述したようにインバータとして機能するモジュールである。ＩＰＭ２１は、水ケースとして機能するハウジング１６に対してシリコングリースなどの低熱抵抗材料を塗布して固定される。具体的には、ＩＰＭ２１は、冷却水通路１８において放熱フィン１９が設けられた箇所に対応するハウジング１６の上部に搭載される。これにより、ＩＰＭ２１で発生した熱は、放熱フィン１９を介して冷却水によって放熱されることとなる。

ここで、本実施形態に係る冷却方法について説明する。本実施形態では、エンジンの冷却水を用いて、モータ１０及びドライバ部２０を冷却する。つまり、モータ１０及びドライバ部２０の冷却水を共有化する。詳しくは、本実施形態では、モータ１０を冷却する前にドライバ部２０を冷却するように、エンジンのシリンダヘッド５から導入された冷却水を循環させる。このようにドライバ部２０を先に冷却するのは、モータ１０に対してドライバ部２０のＩＰＭ２１の耐熱温度が比較的低いためであり、モータ１０を先に冷却してしまうと冷却水温度が上昇してしまい、ＩＰＭ２１が過熱してしまう可能性があるからである。

より具体的には、前述したように、冷却水は、シリンダヘッド５の上部からモータ１０のハウジング１５における冷却水通路１７に導入される。そして、図１中の破線矢印Ａ１で示すように、ハウジング１５からハウジング１６へ至る概ね最短経路を通過して、ハウジング１６の冷却水通路１８に導入される。この場合、冷却水は、冷却水通路１８内の放熱フィン１９を介してＩＰＭ２１と熱交換を行う。このように、冷却水通路１７や冷却水通路１８などは、本発明における冷却水循環構造に相当する。次に、冷却水は、冷却水通路１８からカバー３０に形成された冷却水通路３１に導入され、この冷却水通路３１を循環した後、ステータ１１の固定子巻線を冷却してシリンダヘッド５に戻される。

以上のように冷却水を循環させることにより、モータ１０及びドライバ部２０の冷却系をコンパクトに構成できる。また、ドライバ部２０を効率的に冷却することができ、ドライバ部２０のＩＰＭ２１の過熱を効果的に抑制することが可能となる。更に、ハウジング１６の冷却水通路１８とカバー３０の冷却水通路３１とが形成する空間にドライバ部２０を配置しているため、水のバリア効果によりドライバ部２０の雰囲気温度の上昇を効果的に抑制することができる。また、これにより、ヘッドカバー６内のエンジンオイルからもドライバ部２０の回路を隔離できるので、オイルによる電気的な接触不良域やオイルによる劣化などを防止できる。

なお、カバー３０にも放熱フィン３２が設けられているため、エンジンルーム内に導入される風によって冷却水を強制空冷させることができる。したがって、冷却水の熱を効率的に放熱させることができるため、冷却水による冷却性を更に向上させることが可能となる。

次に、ドライバ部２０が有する水温センサ２４及びモータ過熱センサ２５について説明する。水温センサ２４は、ハウジング１６の冷却水通路１８内に設けられると共に、ドライバ部２０の基板２２に接続される。この場合、水温センサ２４は、冷却水通路１８内の冷却水温度を検出し、検出した温度に対応する電気信号を基板２２に対して供給する。つまり、冷却水の温度の検出を基板２２の直下における水ケース（ハウジング１６）で行う。本実施形態では、モータ１０とドライバ部２０とが一体に構成されているため、１つの水温センサ２４によって、同時に２つの被冷却物（つまり、モータ１０とドライバ部２０）に対する冷却水の温度を検出することができる。これにより、水温センサを２つの被冷却物ごとに設ける場合と比較すると、コストを低減することが可能となる。

モータ過熱センサ２５は、ステータ１１の固定子巻線部分に設けられると共に、ドライバ部２０の基板２２に接続される。この場合、モータ過熱センサ２５は、ステータ１１の固定子巻線部分に対する過熱検出を行い、検出信号を基板２２に対して供給する。つまり、モータ１０の過熱検出のための温度検出を、基板２２の直下に搭載したモータ過熱センサ２５によって行う。これにより、モータ１０の過熱検出に対する信号処理、及び冷却水温度に対する信号処理（水温センサ２４が検出した温度に対応する信号の処理）を同一の基板２２上で行うことができるので、システム構成をシンプルにすることが可能となる。

以上説明したモータ駆動システム５０によれば、モータ１０及びドライバ部２０を一体化に構成するため、ドライバ部２０における電子部品の信頼性を向上させることができる。特にエンジンルームやエンジン部などの高温になる搭載環境においては、モータ駆動システム５０によれば、高温部から離れた位置に電気的な接触部位を搭載しているため、ドライバ部２０における接続部の信頼性を向上することができる。また、比較的熱に弱い電子部品に対して、冷却系によって動作環境の温度上昇を抑制するため、ドライバ部２０の信頼性を確保することができる。更に、モータ１０及びドライバ部２０を一体化に構成することにより、システムのコンパクト化が図れるので、ドライバ部２０の耐振動性を向上させることができる。加えて、一体化によって、ドライバ部２０により冷却水の温度及びモータ１０の温度を効率的に検出できるので、センサの数を削減することができる。

更に、モータ駆動システム５０によれば、冷却効率が比較的高いため、冷却系をコンパクトに構成することができる。この場合、モータ１０とドライバ部２０とを同一の冷却系によって冷却するため、モータ１０とドライバ部２０との間で冷却水を流す配管などが不要になる。また、モータ駆動システム５０によれば、ドライバ部２０から概ね最短距離でモータ１０に至るパワー配線２３によってモータ１０への給電を行っているため、電気ロス、配線コスト、ノイズ、及び搭載スペースなどを削減することが可能となる。

なお、上記では、モータ駆動システム５０をエンジンに直載する例を示したが、これに限定はされない。モータ駆動システム５０によれば、システム（冷却系も含む）をコンパクトに構成することができるので防水設計が容易となる。そのため、搭載性の自由度を向上させることが可能となる。したがって、他の例では、モータ駆動システム５０を、足回り等の水のかかる場所や作動油等の液体の中などにも搭載することができる。

本実施形態に係るモータ駆動システムの構成を示す概略図である。

符号の説明

５ シリンダヘッド
６ ヘッドカバー
１０ モータ
１１ ステータ
１２ ロータ
１５、１６ ハウジング
１７、１８ 冷却水通路
１９ 放熱フィン
２０ ドライバ部
２１ インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）
２２ 基板
２３ パワー配線
２４ 水温センサ
２５ モータ過熱センサ
５０ モータ駆動システム

Claims (4)

1. モータを駆動するモータ駆動装置であって、
   エンジンのヘッドカバーの内部に設置され、少なくとも前記モータへ供給する電流を生成するインバータとして機能するドライバ部と、
   前記モータを冷却する前に前記ドライバ部を構成するパワーモジュールを冷却するように、前記エンジンのシリンダヘッドから導入された冷却水を循環させる冷却水循環構造と、を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記ドライバ部は、前記ヘッドカバーの上面よりも下側に配置されると共に、内部に液体が入ったケースに隣接して配置されることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 前記ケースには、前記冷却水が通過し、
   前記ケース内を通過する冷却水の温度を検出し、検出した前記温度に対応する電気信号を前記ドライバ部に対して供給する温度検出手段を更に備えることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動装置。
4. 前記ドライバ部から前記モータへの概ね最短経路を通過する配線によって、前記モータへ前記電流を供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。

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