JP2014204554A - 電力変換装置、および、これを用いた駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電力変換器40は、巻線23への通電を切り替える半導体モジュール41を有している。冷却部101は、モータ部20を冷却および潤滑するオイルを冷却可能なオイル冷却器81を有している。電力変換器40、および、冷却部101の少なくとも一部は、モータケース21に対しシャフト25の軸方向に配置されている。半導体モジュール41および冷却部101は、並ぶようにして配置されることにより、互いに熱交換する熱交換部102を構成する。
【選択図】図1
Description
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による電力変換装置、これを用いた駆動装置、および、その一部を図1〜7に示す。
モータ部20、30は、駆動輪を駆動するための電動機としての機能、および、図示しないエンジンや駆動輪から伝わる運動エネルギにより駆動されて発電可能な発電機としての機能を有する、所謂モータジェネレータ(MG)である。
モータ部30は、エンジンまたは駆動輪の運動エネルギ(回転)が伝達されることで回転することにより発電する。モータ部30は、本実施形態では、主に発電機として機能する。
モータ部20は、モータケース21、ステータ22、巻線23、ロータ24、シャフト25、モータカバー26および回転体27等を有している。
巻線23は、ステータ22に巻回されるようにして設けられている。
ロータ24は、例えば例えば鉄等の金属薄板を積層することにより、略円板状に形成されている。ロータ24は、ステータ22の内側に設けられている。
インナーシャフト252は、アウターシャフト251の内側に、アウターシャフト251と相対回転可能なよう設けられている。
モータカバー26は、例えば金属により皿状に形成され、モータケース21の一方の端部を塞ぐようにして設けられている。
モータ部30は、モータケース31、ステータ32、巻線33、ロータ34、シャフト35および回転体36等を有している。
巻線33は、ステータ32に巻回されるようにして設けられている。
ロータ34は、例えば例えば鉄等の金属薄板を積層することにより、略円板状に形成されている。ロータ34は、ステータ32の内側に設けられている。
シャフト35の他方の端部は、図示しないエンジンに接続される。
このように、回転体27、回転体36は、エンジン、モータ部20の動力を分割して駆動輪やモータ部30に伝達したり、駆動輪の回転をモータ部30に伝達したりする。ここで、回転体27、回転体36は、動力分割機構11を構成している。
パイプ66は、一端が流路部611および第2筒部63に接続するよう2つ設けられている。
第2板部73の筒部71側には、板厚方向に凹む流路部731が形成されている。流路部731は、C字状に形成されている。
パイプ75は、一端が流路部731および蓋部74に接続するよう2つ設けられている。
ここで、電力変換器40、コンデンサ50、インバータケース60およびインバータカバー70は、インバータ部12を構成している。
本実施形態では、ラジエータ6と駆動装置1との間にシャットダウン弁7が設けられている。シャットダウン弁7は、ラジエータ6と駆動装置1との間の冷却水の流通を許容または遮断可能である。
図2に示すように、モータカバー26には、複数の供給口261、および、排出口262が形成されている。駆動装置1の内部には、供給口261を経由してオイルポンプ8からオイルが供給される。
駆動装置1内のオイルは、排出口262を経由して駆動装置1の外部へ排出され、オイルポンプ8に環流する。
オイル冷却器81、モジュール冷却器67、76は、冷却部101を構成している。
駆動装置1に供給されるオイルは、環境温度が低いとき、粘度が増大する。オイルの粘度が増大すると、モータ部20、30のフリクションロスが増大したり、オイルの循環効率が低下したりするおそれがある。
このように、本実施形態では、半導体モジュール41と冷却部101(オイル冷却器81)とが並ぶようにして配置されることにより、両者間で効果的に熱交換を行うことができる。したがって、半導体モジュール41およびオイルの温度を効果的に調整することができる。
また、本実施形態では、半導体モジュール41は、冷却部101(モジュール冷却器76、オイル冷却器81)を経由してオイルを加熱可能である。これにより、意図的にオイルを加熱することにより、オイルの粘度を調整することができる。
本発明の第2実施形態による電力変換装置の一部を図9に示す。第2実施形態は、電力変換装置を構成する各部の配置が第1実施形態と異なる。
第2実施形態では、半導体モジュール41、コンデンサ50、モジュール冷却器67、76、オイル冷却器81は、第1実施形態と同様、シャフト25の端部の径方向外側に配置されている。半導体モジュール41、モジュール冷却器67、76およびオイル冷却器81は、コンデンサ50に対しシャフト25の径方向外側に配置されている。
また、本実施形態では、モジュール冷却器67、76が巻線23に当接するよう設けられているため、モジュール冷却器67、76と巻線23とは互いに熱交換を行い、モジュール冷却器67、76により巻線23を冷却することができる。
本発明の第3実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図10に示す。第3実施形態は、熱交換部を構成する要素が第1実施形態と異なる。
次に、本実施形態による駆動装置の作動について説明する。
本発明の第4実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図11に示す。第4実施形態は、熱交換部を構成する要素が第3実施形態と異なる。
本実施形態では、巻線23、半導体モジュール41、オイル冷却器81および媒体熱交換器91は、互いに熱交換を行うことができる。ここで、半導体モジュール41、オイル冷却器81、媒体熱交換器91は、熱交換部102を構成している。
本実施形態では、環境温度が低いとき、オイル冷却器81にオイルを供給するとともに、半導体モジュール41に無効電流を流すことにより半導体モジュール41を作動させて発熱させる。これにより、半導体モジュール41の熱は、オイル冷却器81に伝達する。そのため、オイル冷却器81内のオイルの温度が上昇する。その結果、オイルの温度を調整することによりオイルの粘度を低下させ、モータ部20、30のフリクションロスを低減することができる。なお、このとき、媒体熱交換器91とヒートポンプ92との間の熱媒体の流通は、シャットダウン弁93により遮断されている。
本発明の第5実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図12に示す。第5実施形態は、熱交換部を構成する要素の配置が第3実施形態と異なる。
第5実施形態では、媒体熱交換器91は、ラジエータ6の近傍に設けられている。その他の要素(半導体モジュール41、モジュール冷却器67、76等)の配置は、第3実施形態と同様である。
本実施形態では、媒体熱交換器91は、ラジエータ6との間で熱交換を行う。
次に、本実施形態による駆動装置の作動について説明する。
本発明の第6実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図13(A)に示す。
第6実施形態では、巻線23、オイル冷却器81、媒体熱交換器91、モジュール冷却器67、半導体モジュール41およびモジュール冷却器76は、円環状に形成され、この順で、シャフト25の軸方向に並ぶよう、かつ、互いに当接するようにして配置されている。
本発明の第7実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図13(B)に示す。
第7実施形態では、モジュール冷却器67、オイル冷却器81および媒体熱交換器91は、シャフト25の径方向に並ぶよう一体に形成されている。一体に形成されたモジュール冷却器67、オイル冷却器81および媒体熱交換器91は、巻線23と半導体モジュール41との間に挟まれるようにして設けられている。そのため、モジュール冷却器67、オイル冷却器81および媒体熱交換器91により、半導体モジュール41および巻線23の両方を冷却することができる。
本発明の第8実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図14(A)に示す。
第8実施形態では、巻線23、モジュール冷却器67、半導体モジュール41、モジュール冷却器76、媒体熱交換器91およびオイル冷却器81は、この順で、シャフト25の軸方向に並ぶよう、かつ、互いに当接するようにして配置されている。
本発明の第9実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図14(B)に示す。
第9実施形態では、巻線23、モジュール冷却器67、半導体モジュール41およびモジュール冷却器76は、この順で、シャフト25の軸方向に並ぶよう、かつ、互いに当接するようにして配置されている。また、媒体熱交換器91およびオイル冷却器81は、シャフト25の径方向に並ぶよう設けられ、かつ、モジュール冷却器76のシャフト25の軸方向に並ぶよう配置されている。ここで、媒体熱交換器91およびオイル冷却器81は、モジュール冷却器76に当接している。
本発明の第10実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図15(A)に示す。
第10実施形態では、蓄熱部95、96を備えている。蓄熱部95、96は、所定の熱容量をもつ材料により形成され、熱を蓄えることができる。
本実施形態では、蓄熱部95、媒体熱交換器91、蓄熱部96および半導体モジュール41が熱交換部102を構成している。
なお、本実施形態では、半導体モジュール41の冷却に冷却水(モジュール冷却器)を用いない。
本発明の第11実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図15(B)に示す。
第11実施形態では、巻線23、オイル冷却器81、媒体熱交換器91、モジュール冷却器67および半導体モジュール41は、この順で、シャフト25の軸方向に並ぶよう、かつ、互いに当接するようにして配置されている。
本発明の第12実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図15(C)に示す。
第12実施形態では、巻線23、オイル冷却器81、モジュール冷却器67および半導体モジュール41は、この順で、シャフト25の軸方向に並ぶよう、かつ、互いに当接するようにして配置されている。
本発明の第13実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図15(D)に示す。
第13実施形態では、巻線23、モジュール冷却器67および半導体モジュール41は、この順で、シャフト25の軸方向に並ぶよう、かつ、互いに当接するようにして配置されている。
本発明の第14実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図15(E)に示す。
第14実施形態では、巻線23、オイル冷却器81および半導体モジュール41は、この順で、シャフト25の軸方向に並ぶよう、かつ、互いに当接するようにして配置されている。
本発明の第15実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図16(A)に示す。
第15実施形態では、巻線23、蓄熱部95、媒体熱交換器91、半導体モジュール41および蓄熱部96は、この順で、シャフト25の軸方向に並ぶよう、かつ、互いに当接するようにして配置されている。
本発明の第16実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図16(B)に示す。
第16実施形態では、巻線23、オイル冷却器81、モジュール冷却器67、半導体モジュール41およびモジュール冷却器76は、この順で、シャフト25の軸方向に並ぶよう、かつ、互いに当接するようにして配置されている。
本発明の第17実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図16(C)に示す。
第17実施形態では、巻線23、モジュール冷却器67、半導体モジュール41およびモジュール冷却器76は、この順で、シャフト25の軸方向に並ぶよう、かつ、互いに当接するようにして配置されている。
本発明の第18実施形態による電力変換装置および駆動装置の一部を図16(D)に示す。
第18実施形態では、巻線23、オイル冷却器81、半導体モジュール41およびオイル冷却器81は、この順で、シャフト25の軸方向に並ぶよう、かつ、互いに当接するようにして配置されている。
本発明の他の実施形態では、巻線と熱交換部との間に隙間を形成するよう配置し、当該隙間にオイルを散布することにより巻線および熱交換部を冷却することとしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、オイル冷却器、モジュール冷却器、媒体熱交換器および蓄熱部のうち少なくとも2つが、シャフトの軸方向または径方向に並ぶよう、かつ、一体に形成されていてもよい。
また、上述の実施形態では、駆動装置が回転電機を2つ備える例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、駆動装置は、回転電機を1つのみ備えることとしてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
20 ・・・・回転電機
21 ・・・・モータケース
22 ・・・・ステータ
23 ・・・・巻線
24 ・・・・ロータ
25 ・・・・シャフト
40 ・・・・電力変換器
41 ・・・・半導体モジュール
81 ・・・・オイル冷却器
101 ・・・冷却部
102 ・・・熱交換部
Claims (8)
- モータケース(21)、前記モータケースに収容されるステータ(22)、前記ステータに巻回される巻線(23)、前記ステータの内側に回転可能に設けられるロータ(24)、および、前記ロータの回転中心に設けられるシャフト(25)を有する回転電機(20)と一体に設けられ、前記回転電機に対し電力を変換して供給する電力変換装置(10)であって、
前記巻線への通電を切り替える半導体モジュール(41)を有する電力変換器(40)と、
前記回転電機を冷却および潤滑するオイルを冷却可能なオイル冷却器(81)を有する冷却部(101)と、を備え、
前記電力変換器、および、前記冷却部の少なくとも一部を、前記モータケースに対し前記シャフトの軸方向に配置し、
前記半導体モジュールおよび前記冷却部を、並ぶようにして配置し、互いに熱交換する熱交換部(102)を構成することを特徴とする電力変換装置。 - 前記冷却部は、前記半導体モジュールを冷却可能なモジュール冷却器(67、76)をさらに有し、
前記熱交換部は、前記半導体モジュール、前記オイル冷却器、および、前記モジュール冷却器を含むことを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記冷却部は、熱媒体により熱交換を行う媒体熱交換器(91)をさらに有し、
前記熱交換部は、前記半導体モジュール、前記オイル冷却器、前記モジュール冷却器、および、前記媒体熱交換器を含むことを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記半導体モジュールに接続されるコンデンサ(50)をさらに備え、
前記コンデンサ、および、前記冷却部の少なくとも一部を、前記シャフトの径方向に並ぶようにして配置することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記半導体モジュールおよび前記コンデンサを設置可能なインバータケース(60)と、
前記半導体モジュールおよび前記コンデンサを覆うよう前記インバータケースに設けられるインバータカバー(70)と、をさらに備え、
前記オイル冷却器は、前記インバータケースまたは前記インバータカバーに接することを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。 - 前記オイル冷却器を、前記インバータケースおよび前記インバータカバーの前記シャフトの軸方向の両端部間に設けることを特徴とする請求項5に記載の電力変換装置。
- 前記半導体モジュールは、前記冷却部を経由して前記オイルを加熱可能であることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置と一体に設けられ、前記電力変換装置により電力を供給され駆動する前記回転電機と、
を備える駆動装置(1)。
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