JP3975394B2 - Electric drive control unit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を動力とする駆動装置の制御ユニットに関し、特に、電気自動車用駆動装置やハイブリッド車用駆動装置に用いる制御ユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電動機(本明細書において、モータと、モータとしても作動させるジェネレータを総称して電動機という)を収容する駆動装置ケース上に、電動機と駆動装置の制御のためのインバータを構成するSW素子パワーモジュールやコンデンサ等を収容したインバータケースを搭載したインバータ一体化モータ駆動装置が開発されてきている。こうしたインバータ等を内蔵する制御ユニットを一体化した駆動装置を車両、特にそのエンジンルーム内に搭載する場合、一意に一体化するとは言え、インバータ周辺には様々な搭載上の制約が発生する。例えば、車両前後方向にはクラッシャブルゾーンを確保する必要があり、左右方向にはサイドメンバーが存在する等といった制約がそれに当る。そこで、インバータ等を含む制御ユニットを、駆動装置から比較的制約の少ない車両上方向に延ばした形態で配設した駆動装置が、特開2001−119898号公報において提案されている。
【0003】
この駆動装置の制御ユニットは、駆動装置ケースの頂部に固定する有底矩形筒状のインバータケースの底壁にインバータのスイッチング素子パワーモジュールを固定し、ケースフレームの筒状胴部の中間に張出させた取付部に、インバータの平滑コンデンサをブラケットを介して固定し、更に、胴部頂壁に制御基板を固定した構造とされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術におけるインバータケースの駆動装置に対する一体化のための位置付けは、それ自体適切なものではあるが、インバータケースの構造に関して、更に改善すべき下記のような課題が残されている。
【0005】
(コンパクト性)
大電流を扱うインバータのスイッチング素子パワーモジュールは、それ自体発熱体であるため、冷却性を考慮して、その表面積を広くされるのが一般的である。これに対して、インバータケースのフレームの胴部は、パワーモジュールを取り囲むようになっているため、比較的大きい面積を有する筒体となる。したがって、フレームに固定される平滑コンデンサや制御基板も、その面積に合わせなければならない。すなわち、フレームの胴部が四角形の形状を有する筒状に構成されるため、それに固定される平滑用コンデンサ、制御基板及びスイッチング素子パワーモジュールの内の最大面積を有するものにより胴部の面積が定まり、他の2部品もその面積に合わさざるを得ないため、面積的に3部品間で影響を与えてしまい、他の2部品の周りにデッドスペースが出来てしまうのは必至である。
【0006】
(組立性)
ケースフレーム胴部の高さ方向におけるほぼ中央の張出部に平滑コンデンサを保持したブラケットをボルト止めする構造であるため、ねじ締め作業がフレーム奥部の作業となる上、平滑コンデンサと胴部の壁との隙間が僅かしかないため、この僅かな空間を通してブラケットをフレームに締結する作業が極めて困難なものとなる。同様のことが、平滑コンデンサの端子と配線基板部を接続する際の作業についても言える。
【0007】
(製造性)
ケースフレームは、その胴部の下端、ほぼ中央及び上端において、インバータ・制御基板収容室内に向けて突出させられるDCコネクタ用の支持部、コンデンサブラケット用の第1の取付部、制御基板用の第2の取付部を、高さ方向における3ケ所に、内方に向けて突出する部分として備える構造であるため、ケースフレームをダイカストのような一般的な工法で製造することが困難であり、特殊な工法が必要で工数やコストアップになってしまう。
【0008】
(耐震性)
ケースフレームの構造上、最上方の部品に対する支持部を胴部の周りにしか設けることができないため、曲げ剛性の低い制御基板が、その周縁部のみでフレームに固定される構造となり、この構造では振動等で中央部が撓み易いため、制御に悪影響を与える膜振動の発生の可能性が懸念される。
【0009】
そこで、こうした種々の問題点を解決すべく、本発明は、制御ユニットを構成する各部品を、それらの大きさの順に順次積み重ねて固定する構成を採ることで、コンパクト性、組立性、製造性、耐震性共に優れた電動駆動装置制御ユニットを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、請求項1に記載のように、電動機を備える駆動装置の電動機制御のためのインバータと、前記駆動装置を制御する制御基板とを収容した電動駆動装置制御ユニットにおいて、前記インバータのスイッチング素子パワーモジュールを収納する有底矩形短筒状のケースフレームである第1の基台と、リブ構造を有し、前記インバータ用の平滑コンデンサを載置するブラケットである第2の基台と、前記制御基板を載置する第3の基台と、を備えてなり、前記第2の基台を前記第1の基台としての前記ケースフレーム内の少なくとも4隅に設けられ、ねじ穴が形成されたボス部である載置取付け部にボルトにより締結固定すると共に、前記第3の基台を前記第2の基台に固定したことを特徴とする。
【0011】
また、本発明は、請求項2に記載のように、2つの電動機を備える駆動装置の電動機制御のためのインバータと、前記駆動装置を制御する制御基板とを収容した電動駆動装置制御ユニットにおいて、前記インバータの前記2つの電動機用の各スイッチング素子パワーモジュールを並べて収納する有底矩形短筒状のケースフレームである第1の基台と、リブ構造を有し、前記インバータ用の平滑コンデンサを載置するブラケットである第2の基台と、前記制御基板を載置する第3の基台と、を備えてなり、前記第2の基台を前記第1の基台としての前記ケースフレーム内の少なくとも4隅に設けられ、ねじ穴が形成されたボス部である載置取付け部にボルトにより締結固定すると共に、前記第3の基台を前記第2の基台に固定したことを特徴とする。
【0012】
上記の場合、請求項3に記載のように、前記平滑コンデンサは、前記2つの電動機のスイッチング素子パワーモジュールに共通の平滑回路に介装された構成とすると更に有効である。
【0013】
また、請求項4に記載のように、前記各スイッチング素子パワーモジュールは、それらの直流端子を前記第1の基台の一方側に、それらの出力端子を他方側に揃えて並べられた構成とするのも有効である。
【0014】
上記の構成において、請求項5に記載のように、前記平滑コンデンサは、その端子を前記スイッチング素子パワーモジュールの直流入力側に向けて前記第2の基台に固定された構成を採るのが有効である。
【0015】
また、上記いずれかの構成において、請求項6に記載のように、前記制御基板は、その周縁部分と中央部分で前記第3の基台に固定された構成を採るのも有効である。
【0016】
更に、上記いずれかの構成において、請求項7に記載のように、前記第3の基台は、緩衝部材を介して前記第2の基台に固定された構成とするのが有効である。
【0017】
上記各構成からなる電動駆動装置制御ユニットは、請求項8に記載のように、前記駆動装置に一体化される構成とするのが有効である。
【0018】
上記の場合、請求項9に記載のように、電動駆動装置制御ユニットは、車両前方に対して、前傾姿勢で電動駆動装置に取り付けられる構成とすると更に有効である。
【0019】
上記の場合、請求項10に記載のように、前記ケースフレームの上部はカバーで被覆され、前記カバーの前面と後面は、車両への搭載状態で垂直面と水平面となる傾斜面とされた構成とすると更に有効である。
【0020】
また、上記いずれかの構成において、請求項11に記載のように、前記第3の基台は、前記第2の基台側とは反対側に、前記制御基板の取付け部を有する構成とすることも有効である。
【0021】
更に、上記いずれかの構成において、請求項12に記載のように、前記第2の基台の4隅の前記載置取付け部と符合する位置に、前記載置取付け部への取り付けのための締結部が設けられていることも有効である。
【0022】
また、上記いずれかの構成において、請求項13に記載のように、前記第2の基台の少なくとも前記締結部より内側の4隅に、前記制御基板を取り付けるための第2載置取付け部が設けられ、前記第3の基台の4隅の前記第2載置取付け部と符合する位置に、前記第2載置取付け部への取り付けのための第2締結部が設けられていることも有効である。
【0023】
更に、上記いずれかの構成において、請求項14に記載のように、前記ケースフレームに固定され、該ケースフレームとともに、前記スイッチング素子パワーモジュール、前記平滑コンデンサ及び前記第2の基台、並びに前記制御基板及び前記第3の基台を覆うカバーを備えた構成とすることも有効である。
【0024】
【発明の作用及び効果】
上記請求項1に記載の構成では、コンパクト性に関して、制御ユニットを構成するスイッチング素子パワーモジュール、平滑コンデンサ及び制御基板の3部品を基台を介して高さ方向に積み上げた構成となるため、面積的に小さくすることができ、制御ユニットの小型化が可能となる。また、こうした基台を介する積み上げ構成とすることで、各部品をサブアッシー化して、互いが他の2部品の面積に規制されることなく、それ自体に最適な大きさで構成することができるため、一般的に冷却性を考えて表面積を確保しなければならないスイッチング素子パワーモジュールを最大の第1の基台に固定し、大きな面積を必要としない制御基板を最小の第3の基台に固定し、要求するインバータの性能等によって、その数や大きさが異なるものの、概ねそれらの中間の面積となる平滑コンデンサを中間の第2の基台に固定することで、それらが上に重なるに連れて面積的に小さくなっていく関係となり、制御ユニットが立体的にも小型化される。また、組立性に関しても、各々の部品を基台ごとにサブアッシー化して単純に固定するだけなので、作業スペースの制約が生じることがないため、組立性が向上する。更に、製造性についても、上記のような積み上げ構成により、各基台の形状が単純化されるため、各々の基台をダイカスト等の一般的な工法で製造することができるため、工数やコスト削減が可能となる。そして、付随的な効果として、スイッチング素子パワーモジュールと平滑コンデンサが上下に重なった近接配置となるため、それらの結線を短くすることで、スイッチングにより生じるサージ電圧を小さくすることができる。しかも、基台を介する載置で、第2の基台と第3の基台が、スイッチング素子のスイッチングノイズを遮蔽する役割を果たし、平滑コンデンサと制御基板に悪影響を及ぼすのを防止することができる。
【0025】
次に、請求項2に記載の構成では、上記の各効果が、2つの電動機を備える電動駆動装置用の制御ユニットにおいて達成される。
【0026】
また、請求項3に記載の構成では、制御ユニットのインバータの平滑回路において最大のスペースを要する平滑コンデンサのための配設スペースを削減して、2つの電動機を駆動用及び発電用として備える電動駆動装置用の制御ユニットを一層コンパクト化することができる。
【0027】
更に、請求項4に記載の構成では、スイッチング素子パワーモジュールの各端子の整列により、それらに接続するバスケーブル、バスパネル等の配線上の引き回しが整理されるため、それらの配設スペースの削減に役立つとともに、組立工数の低減も可能となる。
【0028】
更に、請求項5に記載の構成では、インバータを構成するスイッチング素子パワーモジュールと平滑コンデンサとの直流回路上での最短距離接続が可能となるため、インバータのスイッチングにより生じるサージ電圧を一層小さくすることができる。
【0029】
また、請求項6に記載の構成では、制御ユニットを構成する他の部品に比べて薄板状であることで撓みやすく、振動が加わる場合の共振で膜振動を生じやすい制御基板を、第3の基台の剛性を利用して高剛性化することができるため、制御ユニットの耐震性を向上させることができる。
【0030】
また、請求項7に記載の構成では、制御ユニットが振動した場合でも、制御基板への振動の伝播を緩衝部材で減衰させることができるため、上記の理由で振動に弱い制御基板を保護することができるため、それにより制御ユニット全体の耐震性を一層向上させることができる。
【0031】
また、請求項8に記載の構成では、前記のような各基台を介する積み上げ方式で面積的にも、立体的にもコンパクト化された制御ユニットを一体化することで、制御ユニット一体化電動駆動装置の全体構成をコンパクト化することができ、それにより駆動装置の車両への搭載性を向上させることができる。
【0032】
また、請求項9に記載の構成では、制御ユニット一体化電動駆動装置の外形上で、車両への搭載上でスペース的に余裕のある車両上方かつ前方に斜めに制御ユニットが延びる形態となるため、駆動装置の全高と前後方向寸法の増加を最小限に抑えた構成を実現できる。
【0033】
また、請求項10に記載の構成では、制御ユニット一体化電動駆動装置の外形上で、特に駆動装置の上方と前方に突出部が生じない形状とすることができるため、駆動装置の車両への搭載性が一層向上する。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿い、本発明の実施形態を説明する。図1は実施形態に係る電動駆動装置制御ユニットを分解斜視図で示す。この制御ユニットは、電動機制御のための電動機制御ユニットと、駆動装置を制御する制御ユニットとから構成される。電動機制御ユニットは、駆動用電動機(以下モータという)及び発電用電動機(以下ジェネレータという)を共に車載バッテリを電源として駆動する3相交流電動機とすることから、モータ及びジェネレータをそれぞれ制御するインバータとされている。
【0035】
周知のように、交直流変換器としてのインバータは、一般に図2に示すような電気回路構成を取るもので、モータM用のものについては、バッテリ電源(B)の直流をスイッチング作用で交流(電動機が3相交流電動機の場合は3相)に変換してモータ(M)の3相コイル(U,V,W)に供給し、ジェネレータ(G)用のものについては、3相コイル(U,V,W)に生じる交流をスイッチング作用と、平滑コンデンサ(C)とチョークコイル(L)による平滑化で直流に変換してバッテリ電源(B)に供給するものである。
【0036】
この形態では、インバータのスイッチング回路部は、図3に実体的平面構成を示すように、スイッチングトランジスタや付随の回路チップと、それらを配した回路基板からなるスイッチング素子パワーモジュールUm,Ugとされており、基板の一方側に2極の直流端子P1,P2が配置され、他方側に3極の交流端子P3,P4,P5が配置されている。図2に示す直流回路部の平滑コンデンサCは、これらモジュールUm,Ugとは直流端子P1,P2にバスパネルを介して接続する別配置とされている。また、駆動装置制御ユニットは、駆動装置全体を制御する各種プログラム及びデータを格納したメモリとマイクロコンピュータを主体とする電子制御装置(ECU)を構成するもので、実体的には、各種機能チップを回路上に配した制御基板Ucの形態を取るものとされている。
【0037】
図1に戻って、制御ユニットを収容する第1の基台としてのケース20は、放熱と軽量を目的としてアルミニウム材の鋳造品からなり、2つのスイッチング素子パワーモジュールUm,Ugを、それらの直流端子P1,P2と交流端子P3〜P5の向きを揃えて、隣接させて並べた外形に概ね符合する断面形状の有底矩形短筒状のフレーム構造とされている。フレーム20の4隅と3極の交流端子P3〜P5側の辺部中央には、ねじ穴を形成したボス部が設けられ、これらが平滑コンデンサC用の第2の基台としてのブラケット23の載置取付け部20cとされている。
【0038】
スイッチング素子パワーモジュールUm,Ugは、それらを収容するケースフレーム20の底上げされた底壁の切削加工仕上げ面に密接させて、適宜の手段で最大限の接触面積を確保するように緊密に接触させて(この理由については、後に詳記する)直接固定されている。
【0039】
平滑コンデンサCは、本形態では3本構成とされ、それらの端子部(図1においては裏側に隠れている)をスイッチング素子パワーモジュールUm,Ugの直流端子P1,P2が設けられた直流入力側と同方向に向けてブラケット23に並べて配置されている。ブラケット23は、放熱性、軽量、高剛性を狙ってリブ構造を有する概ね板状とされ、板面から上方に突出する形態で横向き円筒状の平滑コンデンサ収容部23aが形成され、4隅には前記フレーム20の載置取付け部20cと符合する位置関係にボルト通し孔を形成した締結部23bが設けられている。また、これら締結部23bより内側の4隅と、それら4隅の概ね中間部に当る2箇所に、上方に延びる合計6個のボス部が設けられ、これらボス部にはねじ穴が形成されて制御基板Ucの載置取付け部23c(第2載置取付け部)とされている。こうした構成からなるブラケット23に対して、各平滑コンデンサCは、収容部23aに嵌合させ、端子側の端面に当て付けた止め具のブラケット23へのボルト止めにより抜け止め固定されている(この固定構造については、組付け過程を示す後出の図5参照)。
【0040】
制御基板Ucは、これも先のブラケット23と同様に、放熱性、軽量、高剛性を狙ってリブ構造を有する概ね板状とされた第3の基台としてのブラケット24の上面にねじ止め固定されており、このブラケット24の4隅には、前記平滑コンデンサCのブラケット23の載置取付け部23cと符合する位置関係に締結部24a(第2締結部)が設けられている。図4に制御基板Ucを除去してブラケット24のみを示すように、制御基板Ucの取付け部24bはブラケット24の上面から若干突出したボス部とされている。これらボス部は、縦横方向に実質上一定間隔で12箇所設けられている。そして、これらボス部を避ける位置に、ブラケット23の載置取付け部23cと符合する位置関係に別の2箇所の締結部24aが設けられている。これらの締結部24aには、ゴム等の弾性材からなる緩衝部材25が配設されている。これらの緩衝部材25は、締結部24aの上下面と、そのボルト通し孔の内周面に沿うように締結部24aとボルトの間に介在する鍔付ブッシュ状とされている。
【0041】
以上の構成からなる各ブラケット23,24は、まず平滑コンデンサCのブラケット23をフレーム20内で載置取付け部20cに位置合わせして5箇所でボルト止めすることで、図5に示すように、平滑コンデンサCの+−両端子がフレーム20の上端より上方に突出した位置となる。そこでこの状態でコンデンサ端子とインバータの直流端子P1,P2を接続するバスパネル26をボルト止めすることで、各平滑コンデンサCのインバータ回路への接続が完了する。この際のバスパネル26に対するインバータの直流端子P1,P2の位置は、フレーム20の上端からみて極浅い位置にあるため、この部分のボルト止めは、空間的に狭くても極めて容易な作業となる。また、コンデンサ端子に対するバスパネル26のボルト止めは、周りに空間的な制約がない状態で行なうことができる。
【0042】
こうして平滑コンデンサCの組付けが終わった後に、フレーム20の上端より上方に突き出た平滑コンデンサCのブラケット23の上に、その載置取付け部23cに位置合わせして制御基板Ucのブラケット24を載せ、6箇所でボルト止めすることで、図6に示すように、スイッチング素子パワーモジュールのみが横並びで、その上に平滑コンデンサCが載置され、更にその上に制御基板Ucが載置された上方に窄まった3階建て構造となる。こうして組み上がった制御ユニットUの平滑コンデンサCと制御基板Ucを覆うように、フレーム20の上部に帽子状、すなわちフレームとの合わせ面部で最大の外形を有し、上部が次第に狭まる形状のカバー27を被せて、制御ユニットが完成する。
【0043】
次に、前記の構成からなる制御ユニットUをハイブリッド車用の駆動装置に一体化した実施形態を説明する。図7は駆動装置の各軸を同一平面上に展開して軸方向断面を示す。この駆動装置は、第1軸I上配置のジェネレータGと、第2軸II上配置のモータMと、第4軸IV上配置のディファレンシャル装置Dと、第1軸I上配置のシングルピニオン構成のプラネタリギヤセットPとを主要な構成要素とし、第1軸I上でプラネタリギヤセットPに連結される図にクランク軸端のみを示す内燃機関(以下、エンジンという)Eと、これと同軸のジェネレータGとをプラネタリギヤセットPを介して相互且つ第3軸III上のカウンタギヤ機構Tを介してディファレンシャル装置Dに駆動連結するとともに、モータMをカウンタギヤ機構Tを介してディファレンシャル装置Dに直接連結し、更に、エンジンEの逆回転阻止のためのワンウェイクラッチFと、ジェネレータGの空転阻止のためのブレーキBとを付設した構成とされている。
【0044】
図8に各軸の実際の位置関係をエンジンとの連結側から見た側面図で示すように、この駆動装置は、ディファレンシャル装置Dを配した第4軸IVを最も低い位置とし、その概ね上方にモータMを配した第2軸IIを位置させ、第4軸IVの前方(車載状態での前方、すなわち図示右側)やや上方にジェネレータG等を配した第1軸Iを位置させた配置とされている。なお、図8上では第3軸は現れていないが、この軸位置は、第1軸、第2軸及び第4軸の軸心を結ぶ直線で囲まれる三角形の概ね中央の位置にある。
【0045】
こうした構成からなる駆動装置に対して、図1に示す制御ユニットUは、駆動装置と一体化した状態での装置の全高を低くすべく、制御ユニットUの取付け面が図8に示すようにモータM及びジェネレータGの外径と概ね接するように連結され、モータM及びジェネレータGの軸位置の高さが異なることから、駆動装置の前方に前傾姿勢で駆動装置ケース10に取付けられている。そして、この前傾姿勢と、カバー27の前記形状との関係が、カバー27の前面を車両に対して実質上垂直に、また後面を実質上水平として、駆動装置全体の形状を前方及び上方に突出部のないコンパクトな外形とするのに役立っている。
【0046】
この形態における制御ユニットUは、これらを構成する各部品のうち、大電流を扱うスイッチング素子パワーモジュールUm,Ugが、その構成チップからの発熱が大きいことから、ケースフレーム20の底壁で構成されるヒートシンクH(図7参照)に接しさせて冷却すべく、最下方に底壁面上に並べて配置し、その上部に前記のようにインバータの平滑回路用のコンデンサCを配置し、更にその上方に制御基板Ucを配置した構成とされている。
【0047】
この形態では、駆動装置の機構各部の潤滑と、モータM及びジェネレータGの冷却のために駆動装置ケース10内でATF(オートマチック・トランスミッション・フルイド:本明細書においてオイルという)を循環させ、このオイルを別のクーラント(例えば水、不凍液等を用いる)との熱交換で冷却する方式を採ることと、駆動装置にその制御ユニットUを一体配置とし、これをクーラントとの熱交換で冷却する方式を採ることから、駆動装置と制御ユニットUとの連結部に冷却装置が配置されている。
【0048】
冷却装置は、駆動装置ケース10側の合わせ面に形成されたオイル溜まり11と、オイル溜まり11を覆う蓋を構成するアルミ材等の熱伝導性のよい材料からなるフィン付伝熱壁12と、制御ユニットUの各部品を収容し、同様にアルミ材等の熱伝導性のよい材料からなるケースフレーム20の底壁部20aに形成されたヒートシンクHとで構成される。駆動装置ケース10側のオイル溜まり11は、プラネタリギヤセットPのキャリアに駆動連結されたオイルポンプOを圧送源とするオイル循環路の途中の油路を構成しており、その入口側と出口側に設けられた図示しないオリフィスによる流量調整で常に適切なオイル溜まり量を保つものとされている。ケースフレーム20側のヒートシンクHは、制御ユニットUのモータM用及びジェネレータG用のスイッチング素子パワーモジュールUm,Ugに接するものとされ、ヒートシンクH内に形成された下方が開放された断面U字状の条溝20bからなるクーラント流路Lを備える。この条溝の開放面側は、溝蓋を構成する壁部材としての断熱壁22で閉じられている。
【0049】
制御ユニットUのモータM用及びジェネレータG用のスイッチング素子パワーモジュールUm,Ugに接するヒートシンクHは、ケースフレーム20の底壁20aを駆動装置ケース10との合わせ面より底上げした形態で形成されている。底壁20a内には、連続する凹部が断面U字状の条溝20bとして形成され、条溝20bの開放面側に添設して壁部材としての断熱壁22が固定されている。この断熱壁22は、底壁20aの条溝20bと協働してヒートシンクH内にクーラント流路Lを画定している。
【0050】
ヒートシンクHへのクーラントの送り込みは、別途設けられた図示しない電動ポンプによる圧送で、適宜の図示しない外部配管を経て、ケースフレーム20周壁の入口孔からなされる。クーラント流路Lに入った低温の流体は、直ちにジェネレータ用のスイッチング素子パワーモジュールUgの発熱チップの直下に導かれ、十分な温度勾配の熱交換でジェネレータ用のスイッチング素子パワーモジュールUgの特にチップ部分を冷却する。その後ジェネレータ用のスイッチング素子パワーモジュールUgとモータ用パワーモジュールUmの間の連絡路を経てモータ用スイッチング素子パワーモジュールUmの発熱チップの直下に導かれ、チップ部分を重点的に冷却する。こうしてヒートシンクHを出るクーラントは、断熱壁22の開口を通り、該壁の下側に回り込み、駆動装置ケース10との合わせ面部分を流れる際に、フィン付伝熱壁12との熱交換で、今度はオイル溜まり11(図3参照)のオイルを冷却する。合わせ面部分を流れることで一連の熱交換を終わったクーラントは、断熱壁22の戻り開口から再びヒートシンクH側に入り、ケースフレーム20周壁の出口孔から適宜の図示しない配管を経てエンジン冷却用のラジエータあるいは専用のクーラ等の放熱手段経由で電動ポンプの吸い込み側に繋がる冷媒溜めに戻る。
【0051】
この実施形態の冷却装置の場合、クーラントをスイッチング素子パワーモジュールUm,Ugの冷却とオイルの冷却に共用しているが、前記流路配置の関係から、クーラントが先ずヒートシンクHを介してスイッチング素子パワーモジュールUm,Ugを冷却した後、モータM及びジェネレータG冷却用のオイルを冷却する順序となるため、クーラントの温度をヒートシンクH側で伝熱壁12側より低く保つことができる。この冷却形態は、スイッチング素子パワーモジュールUm,Ugの耐熱温度がモータM及びジェネレータGの耐熱温度より低いことに関係しており、モータM及びジェネレータGの冷却用のクーラントとしてのオイルの温度は、十分な冷却を必要とするようなモータMあるいはジェネレータGの負荷が大きい状態では、スイッチング素子パワーモジュールUm,Ugの温度より遥かに高い温度となるため、ヒートシンクH通過後の温度上昇したクーラントを用いてもなお、伝熱壁12を挟むオイルとの間に十分な温度勾配が生じるため、効率のよい冷却を行なうことができることに依存する。
【0052】
また、上記のような冷却の順序から、駆動装置ケース10とユニットケースフレーム20との間に介在する冷却装置部分は、それ自体でヒートシンクH側と伝熱壁12側との間において高温のオイルの熱がスイッチング素子パワーモジュールUm,Ug側に伝わるのを阻止する断熱手段としても有効に機能する。このことから、重負荷のオイル温度上昇時にも、クーラントの温度がスイッチング素子パワーモジュールUm,Ugの耐熱温度を超えるまで上昇するのを防ぐことができる。したがって、上記のような作用の相乗で、クーラントを共通としながら、効率良くパワーモジュールUm,Ug、モータM及びジェネレータGをそれらの耐熱性に応じて効率良く冷却することができる。
【0053】
以上詳述したように、この実施形態によれば、制御ユニットUに関して、スイッチング素子パワーモジュールUm,Ugの上に平滑コンデンサC、平滑コンデンサCの上に制御基板Ucを固定して、インバータと制御基板を高さ方向に積み上げたモジュールとしたため、面積的な小型化が達成されている。また、各部品のブラケット固定によるモジュール化で、各々をサブアッシー化して最適な大きさで構成することができるので、お互いが他の2部品の面積に影響されることがないため、一般的に冷却性を考えて表面積を確保しなければならないスイッチング素子パワーモジュールUm,Ugを最大面積の第1の基台に固定し、面積の要らない制御基板を最小面積の第3の基台に固定し、要求するインバータの性能等によって、その数や大きさが異なるものの、概ねそれらの中間の面積となる平滑コンデンサをそれらの中間面積の第2の基台に固定することで、これらの基台が上に重なるに連れて面積的に小さくなっていく構成となるため、立体的にも小型化することができる。
【0054】
また、各々の部品を基台に固定してサブアッシー化して、それらを単純に積み上げ固定する作業手順となるため、作業スペースの制約をうけることがなく、組立性が向上する。更に、各々の基台はダイカスト等の一般的な工法で製造することができるため、工数やコスト削減が可能となる。しかも、スイッチング素子パワーモジュールUm,Ugと平滑コンデンサCがバスパネル26により回路接続上短い経路で接続されるため、スイッチング素子のスイッチングによるサージ電圧を小さくすることができる。また、積み上げ位置の関係から、第2の基台と第3の基台が、スイッチング素子のスイッチングノイズを遮蔽する役割を果たし、平滑コンデンサCと、制御基板Ucに悪影響を及ぼすのを防止することができる。
【0055】
以上、本発明をハイブリッド車用の駆動装置に適用した実施形態に基づき詳説したが、本発明はこの実施形態に限るものではなく、電気自動車用駆動装置等、少なくとも電動機を使用し、その制御にインバータを要する全ての駆動装置に適用可能なものであり、特許請求の範囲に記載の事項の範囲内で種々に具体的構成を変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るハイブリッド車用駆動装置の制御ユニットの分解斜視図である。
【図2】制御ユニットのインバータの一般的回路構成を示す電気回路図である。
【図3】インバータのスイッチング素子パワーモジュールの実体的構成を示す回路平面図である。
【図4】制御ユニットの制御基板を載置するブラケットの詳細な構造を示す斜視図である。
【図5】制御ユニットのコンデンサ組付け後の形態を示す斜視図である。
【図6】制御ユニットの制御基板組付け後の形態を示す斜視図である。
【図7】制御ユニットを一体化したハイブリッド車用駆動装置の軸方向展開断面図である。
【図8】ハイブリッド車用駆動装置をエンジン連結側から見た側面図である。
【符号の説明】
M モータ(電動機)
G ジェネレータ(電動機)
U 制御ユニット
Uc 制御基板
Ug,Um スイッチング素子パワーモジュール
C 平滑コンデンサ
P1,P2 直流端子
20 ケースフレーム(第1の基台)
23 ブラケット(第2の基台)
24 ブラケット(第3の基台)
25 緩衝部材
27 カバー
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a control unit for a drive device powered by an electric motor, and more particularly to a control unit used for an electric vehicle drive device or a hybrid vehicle drive device.
[0002]
[Prior art]
  In recent years, SW element power constituting an inverter for controlling a motor and a drive device on a drive device case that houses a motor (generally referred to as a motor and a generator that operates as a motor in this specification). Inverter-integrated motor drive devices equipped with an inverter case containing modules, capacitors, and the like have been developed. When a drive unit in which a control unit incorporating such an inverter or the like is integrated is mounted in a vehicle, particularly in its engine room, there are various mounting restrictions around the inverter, although it is uniquely integrated. For example, it is necessary to secure a crushable zone in the vehicle front-rear direction, and there are restrictions such as the presence of side members in the left-right direction. In view of this, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-11998 proposes a drive device in which a control unit including an inverter or the like is arranged in a form extending from the drive device in a vehicle upward direction with relatively few restrictions.
[0003]
  The control unit of this drive device fixes the inverter switching element power module to the bottom wall of the bottomed rectangular cylindrical inverter case fixed to the top of the drive device case, and projects over the middle of the cylindrical body of the case frame. The smoothing capacitor of the inverter is fixed to the attached mounting portion via a bracket, and the control board is fixed to the top wall of the trunk portion.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  The positioning of the inverter case in the above prior art for integration with the drive device is appropriate per se, but the following problems to be further improved remain regarding the structure of the inverter case.
[0005]
  (Compact)
  Since the switching element power module of an inverter that handles a large current itself is a heating element, its surface area is generally increased in consideration of cooling performance. On the other hand, since the body of the frame of the inverter case surrounds the power module, it becomes a cylinder having a relatively large area. Therefore, the smoothing capacitor and the control board fixed to the frame must be matched to the area. That is, since the body of the frame is formed in a cylindrical shape having a quadrangular shape, the area of the body is determined by the smoothing capacitor, the control board, and the switching element power module that are fixed to the frame, and having the largest area. Since the other two parts have to be matched to the area, it is inevitable that the three parts are affected in terms of area and a dead space is created around the other two parts.
[0006]
  (Assemblyability)
  Since the bracket that holds the smoothing capacitor is bolted to the projecting part at the center of the case frame body in the height direction, the screw tightening work becomes the work at the back of the frame, and the smoothing capacitor and the body part Since there is only a small gap with the wall, it is extremely difficult to fasten the bracket to the frame through this small space. The same can be said for the operation when connecting the terminals of the smoothing capacitor and the wiring board.
[0007]
  (Manufacturability)
  The case frame has a DC connector support portion projecting toward the inverter / control board housing chamber, a first mounting portion for the capacitor bracket, and a first number for the control board at the lower end, substantially center and upper end of the body portion. 2 mounting parts are provided at three locations in the height direction as parts projecting inward, making it difficult to manufacture the case frame by a general method such as die casting. Necessitates a complicated method, which increases man-hours and costs.
[0008]
  (Seismic resistance)
  Due to the structure of the case frame, the support part for the uppermost part can only be provided around the body part, so that the control board with low bending rigidity is fixed to the frame only at its peripheral part. Since the central portion is easily bent due to vibration or the like, there is a concern about the possibility of occurrence of membrane vibration that adversely affects control.
[0009]
  Therefore, in order to solve these various problems, the present invention adopts a configuration in which the components constituting the control unit are sequentially stacked and fixed in the order of their sizes, thereby achieving compactness, assemblability, and manufacturability. An object of the present invention is to provide an electric drive control unit that is excellent in earthquake resistance.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, according to the present invention, an electric drive device control including an inverter for controlling an electric motor of a drive device including an electric motor and a control board for controlling the drive device, as described in claim 1. In the unit, the switching element power module of the inverter is accommodated.Bottomed rectangular short cylindricalA first base that is a case frame;Has a rib structure,Place a smoothing capacitor for the inverterIs a bracketA second base, and a third base on which the control board is placed, the second base being,In the case frame as the first baseAt least 4 cornersProvided inBoss part with screw holeOn the mounting attachmentFastened with boltsWhile fixing, the third base is fixed to the second basedidIt is characterized by that.
[0011]
  Further, according to the present invention, as described in claim 2, in an electric drive device control unit that accommodates an inverter for electric motor control of a drive device including two electric motors and a control board that controls the drive device. The switching element power modules for the two electric motors of the inverter are stored side by side.Bottomed rectangular short cylindricalA first base that is a case frame;Has a rib structure,Place a smoothing capacitor for the inverterIs a bracketA second base, and a third base on which the control board is placed, the second base being,In the case frame as the first baseAt least 4 cornersProvided inBoss part with screw holeOn the mounting attachmentFastened with boltsWhile fixing, the third base is fixed to the second basedidIt is characterized by that.
[0012]
  In the above case, as described in claim 3, it is more effective if the smoothing capacitor is configured to be interposed in a smoothing circuit common to the switching element power modules of the two electric motors.
[0013]
  Further, as described in claim 4, each of the switching element power modules has a configuration in which their DC terminals are aligned on one side of the first base and their output terminals are aligned on the other side. It is also effective to do.
[0014]
  In the above configuration, as described in claim 5, it is effective to adopt a configuration in which the smoothing capacitor is fixed to the second base with its terminal directed toward the DC input side of the switching element power module. It is.
[0015]
  In any one of the above-described configurations, as described in claim 6, it is also effective to adopt a configuration in which the control board is fixed to the third base at a peripheral portion and a central portion.
[0016]
  Furthermore, in any one of the configurations described above, as described in claim 7, it is effective that the third base is fixed to the second base via a buffer member.
[0017]
  It is effective that the electric drive device control unit configured as described above is integrated with the drive device as described in claim 8.
[0018]
  In the above case, as described in claim 9, it is more effective if the electric drive device control unit is configured to be attached to the electric drive device in a forward leaning posture with respect to the front of the vehicle.
[0019]
  In the above case, as described in claim 10,The upper part of the case frame is covered with a cover,It is more effective if the front and rear surfaces of the cover are inclined surfaces that are a vertical surface and a horizontal surface when mounted on the vehicle.
[0020]
  In any one of the above-described configurations, as described in claim 11, the third base includes a control board mounting portion on the opposite side to the second base. It is also effective.
[0021]
  Furthermore, in any one of the above configurations, as described in claim 12,in frontIt is also effective that a fastening portion for attachment to the above-described mounting portion is provided at a position coinciding with the above-described mounting portion at the four corners of the second base.
[0022]
  Further, in any one of the above-described configurations, as described in claim 13, a second mounting attachment portion for attaching the control board to at least four corners inside the fastening portion of the second base. A second fastening portion for attachment to the second mounting attachment portion may be provided at a position coincident with the second mounting attachment portion at the four corners of the third base. It is valid.
[0023]
  Furthermore, in any one of the configurations described above, as described in claim 14, the switching element power module, the smoothing capacitor, the second base, and the control are fixed to the case frame together with the case frame. It is also effective to include a cover that covers the substrate and the third base.
[0024]
[Action and effect of the invention]
  In the configuration according to the first aspect, regarding the compactness, the switching element power module, the smoothing capacitor, and the control board constituting the control unit are stacked in the height direction through the base, so that the area Therefore, it is possible to reduce the size of the control unit. Moreover, by setting it as the stacking | stacking structure via such a base, each component can be made into a sub-assembly and can be comprised by the optimal size for itself, without being mutually restricted by the area of two other components. Therefore, in general, the switching element power module, which has to secure the surface area in consideration of cooling performance, is fixed to the largest first base, and the control board which does not require a large area is made the smallest third base. Although the number and size differ depending on the required inverter performance, etc., the smoothing capacitor, which is roughly in the middle of those areas, is fixed on the second intermediate base so that they overlap. Accordingly, the area becomes smaller and the control unit is reduced in size three-dimensionally. Also, with regard to assemblability, each part is simply sub-assembled for each base and simply fixed, so that the work space is not restricted, so that the assemblability is improved. Furthermore, with regard to manufacturability, the shape of each base is simplified by the above-described stacked configuration, and each base can be manufactured by a general method such as die casting. Reduction is possible. As an incidental effect, the switching element power module and the smoothing capacitor are arranged close to each other so that the surge voltage generated by switching can be reduced by shortening their connection. In addition, the second base and the third base serve to shield the switching noise of the switching element and prevent the smoothing capacitor and the control board from being adversely affected by mounting via the base. it can.
[0025]
  Next, in the structure of Claim 2, each said effect is achieved in the control unit for electric drive apparatuses provided with two electric motors.
[0026]
  According to the third aspect of the present invention, the arrangement space for the smoothing capacitor that requires the maximum space in the smoothing circuit of the inverter of the control unit is reduced, and the electric drive provided with two electric motors for driving and power generation The control unit for the apparatus can be made more compact.
[0027]
  Furthermore, in the configuration according to claim 4, the arrangement of the terminals of the switching element power module arranges the routing on the wiring of bus cables, bus panels, etc. connected to them, so that the arrangement space for them is reduced. It is possible to reduce the number of assembly steps.
[0028]
  Further, in the configuration according to claim 5, since the shortest distance connection on the DC circuit between the switching element power module and the smoothing capacitor constituting the inverter is possible, the surge voltage generated by switching of the inverter is further reduced. Can do.
[0029]
  Further, in the configuration according to the sixth aspect, the control board that is easy to bend because it is thin plate-like compared to other parts constituting the control unit, and that is likely to cause membrane vibration due to resonance when vibration is applied, the third control board is provided. Since the rigidity of the base can be increased and the rigidity of the control unit can be improved.
[0030]
  Moreover, in the structure of Claim 7, even when a control unit vibrates, since the propagation of the vibration to a control board can be attenuated with a buffer member, it protects a control board weak to a vibration for the above reason. Therefore, the earthquake resistance of the entire control unit can be further improved.
[0031]
  Further, in the configuration according to claim 8, the control unit integrated electric motor is integrated by integrating the control units which are compact in area and three-dimensionally by the stacking method through the respective bases as described above. The overall configuration of the drive device can be reduced in size, and thereby the mountability of the drive device on a vehicle can be improved.
[0032]
  Further, in the configuration according to the ninth aspect, the control unit extends obliquely upward and forward of the vehicle with sufficient space for mounting on the vehicle on the outer shape of the control unit integrated electric drive device. Thus, it is possible to realize a configuration in which the overall height of the drive device and the increase in the longitudinal dimension are minimized.
[0033]
  Moreover, in the structure of Claim 10, since it can be set as the shape which a protrusion part does not produce in the upper direction and the front of a drive unit on the external shape of a control unit integrated electric drive device, Mountability is further improved.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view of an electric drive device control unit according to an embodiment. The control unit includes an electric motor control unit for controlling the electric motor and a control unit for controlling the driving device. The motor control unit is a three-phase AC motor that drives both a drive motor (hereinafter referred to as a motor) and a generator motor (hereinafter referred to as a generator) using a vehicle-mounted battery as a power source. Therefore, the motor control unit is an inverter that controls the motor and the generator. ing.
[0035]
  As is well known, an inverter as an AC / DC converter generally has an electric circuit configuration as shown in FIG. 2, and for the motor M, the inverter DC (battery power source (B) is switched by alternating current ( If the motor is a three-phase AC motor, it is converted to three-phase and supplied to the three-phase coil (U, V, W) of the motor (M). For the generator (G), the three-phase coil (U , V, W) is converted into direct current by a switching action and smoothing by a smoothing capacitor (C) and a choke coil (L) and supplied to the battery power source (B).
[0036]
  In this embodiment, as shown in FIG. 3, the switching circuit portion of the inverter is a switching element power module Um, Ug composed of a switching transistor and an accompanying circuit chip and a circuit board on which they are arranged. In addition, two-pole DC terminals P1 and P2 are arranged on one side of the substrate, and three-pole AC terminals P3, P4 and P5 are arranged on the other side. The smoothing capacitor C of the DC circuit section shown in FIG. 2 is arranged separately from these modules Um and Ug and connected to DC terminals P1 and P2 via a bus panel. The drive unit control unit constitutes an electronic control unit (ECU) mainly composed of a microcomputer and a memory storing various programs and data for controlling the entire drive unit. It is assumed that it takes the form of a control board Uc arranged on the circuit.
[0037]
  Returning to FIG. 1, the case 20 as the first base for housing the control unit is made of an aluminum material for the purpose of heat dissipation and light weight, and the two switching element power modules Um and Ug are connected to their direct currents. The terminals P1 and P2 and the AC terminals P3 to P5 are aligned to have a bottomed rectangular short cylindrical frame structure having a cross-sectional shape that substantially matches the outer shape arranged adjacent to each other. At the four corners of the frame 20 and the center of the side on the side of the three-pole AC terminals P3 to P5, a boss portion having a screw hole is provided, and these are the brackets 23 as the second base for the smoothing capacitor C. It is set as the mounting attachment part 20c.
[0038]
  The switching element power modules Um and Ug are brought into close contact with the finished machining surface of the bottom wall of the case frame 20 that accommodates them, and are brought into close contact with each other so as to ensure the maximum contact area by appropriate means. (This reason will be explained in detail later).
[0039]
  The smoothing capacitor C has three configurations in this embodiment, and the terminal portion (hidden in the back side in FIG. 1) is the DC input side on which the DC terminals P1 and P2 of the switching element power modules Um and Ug are provided. Are arranged side by side on the bracket 23 in the same direction. The bracket 23 is generally plate-shaped having a rib structure for heat dissipation, light weight, and high rigidity, and is formed with a horizontal cylindrical smoothing capacitor housing portion 23a that protrudes upward from the plate surface. A fastening portion 23b in which a bolt through hole is formed in a positional relationship that coincides with the mounting attachment portion 20c of the frame 20 is provided. Further, a total of six bosses extending upward are provided at the four corners on the inner side of these fastening portions 23b and at approximately two intermediate portions of the four corners, and screw holes are formed in these boss portions. It is set as the mounting attachment part 23c (2nd mounting attachment part) of the control board Uc. With respect to the bracket 23 having such a configuration, each of the smoothing capacitors C is fitted in the housing portion 23a, and is fixedly secured by bolting the bracket 23 to the bracket 23 of the stopper applied to the end surface on the terminal side. For the fixing structure, see FIG. 5 below showing the assembly process).
[0040]
  Similarly to the bracket 23, the control board Uc is fixed to the upper surface of the bracket 24 as a substantially third plate having a rib structure with the aim of heat dissipation, light weight, and high rigidity. Fastening portions 24a (second fastening portions) are provided at the four corners of the bracket 24 so as to coincide with the mounting attachment portions 23c of the bracket 23 of the smoothing capacitor C. As shown in FIG. 4, the control board Uc is removed to show only the bracket 24, and the mounting part 24 b of the control board Uc is a boss part slightly protruding from the upper surface of the bracket 24. These boss portions are provided at twelve locations in the vertical and horizontal directions at substantially constant intervals. Then, two other fastening portions 24a are provided at positions avoiding these boss portions in a positional relationship coincident with the mounting attachment portion 23c of the bracket 23. A buffer member 25 made of an elastic material such as rubber is disposed at these fastening portions 24a. These buffer members 25 have a hooked bush shape interposed between the fastening portion 24a and the bolt so as to follow the upper and lower surfaces of the fastening portion 24a and the inner peripheral surface of the bolt through hole.
[0041]
  As shown in FIG. 5, each bracket 23, 24 having the above-described configuration is formed by first aligning the bracket 23 of the smoothing capacitor C with the mounting attachment portion 20 c in the frame 20 and bolting it at five locations. The + and − terminals of the smoothing capacitor C are located at positions protruding upward from the upper end of the frame 20. In this state, the connection of each smoothing capacitor C to the inverter circuit is completed by bolting the bus panel 26 that connects the capacitor terminal and the DC terminals P1, P2 of the inverter. At this time, the position of the DC terminals P1 and P2 of the inverter with respect to the bus panel 26 is extremely shallow when viewed from the upper end of the frame 20, so that bolting of this portion is extremely easy even if it is spatially narrow. . Further, the bus panel 26 can be bolted to the capacitor terminal in a state where there is no spatial restriction.
[0042]
  After the smoothing capacitor C is assembled in this way, the bracket 24 of the control board Uc is placed on the bracket 23 of the smoothing capacitor C protruding above the upper end of the frame 20 so as to be aligned with the mounting attachment portion 23c. As shown in FIG. 6, only the switching element power modules are arranged side by side, the smoothing capacitor C is placed thereon, and the control board Uc is further placed thereon. It becomes a three-story structure confined to. A cover 27 having a hat-like shape at the upper part of the frame 20, that is, the largest outer shape at the mating surface part with the frame, and the upper part gradually narrowing so as to cover the smoothing capacitor C and the control board Uc of the assembled control unit U. The control unit is completed.
[0043]
  Next, an embodiment in which the control unit U having the above configuration is integrated with a drive device for a hybrid vehicle will be described. FIG. 7 shows an axial cross section in which the axes of the driving device are developed on the same plane. This drive device has a generator G arranged on the first axis I, a motor M arranged on the second axis II, a differential device D arranged on the fourth axis IV, and a single pinion configuration arranged on the first axis I. An internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) E showing only the end of the crankshaft in the figure connected to the planetary gear set P on the first shaft I, the main component being the planetary gear set P, and a generator G coaxial therewith Are connected to the differential device D through the planetary gear set P and through the counter gear mechanism T on the third shaft III, and the motor M is directly connected to the differential device D through the counter gear mechanism T. A one-way clutch F for preventing reverse rotation of the engine E and a brake B for preventing idling of the generator G are provided. There is a formed.
[0044]
  As shown in a side view of the actual positional relationship between the respective axes in FIG. 8 as viewed from the connection side with the engine, this drive device has the fourth axis IV on which the differential device D is disposed at the lowest position. The second shaft II with the motor M disposed on the first shaft I is positioned, and the first shaft I with the generator G or the like positioned slightly above the front of the fourth shaft IV (front in the vehicle-mounted state, that is, the right side in the drawing) Has been. In FIG. 8, the third axis does not appear, but this axial position is at a substantially central position of a triangle surrounded by a straight line connecting the axes of the first, second, and fourth axes.
[0045]
  With respect to the drive device having such a configuration, the control unit U shown in FIG. 1 is provided with a motor mounting surface of the control unit U as shown in FIG. 8 in order to reduce the overall height of the device in an integrated state with the drive device. The motor M and the generator G are connected so as to be substantially in contact with the outer diameters of the motor M and the generator G, and the heights of the shaft positions of the motor M and the generator G are different. The relationship between the forward tilting posture and the shape of the cover 27 is such that the front surface of the cover 27 is substantially perpendicular to the vehicle and the rear surface is substantially horizontal, so that the shape of the entire drive device is forward and upward. This is useful for creating a compact external shape without protrusions.
[0046]
  The control unit U in this embodiment is composed of the bottom wall of the case frame 20 because the switching element power modules Um and Ug that handle a large current among these components constituting the control unit U generate a large amount of heat from the component chips. In order to cool by contacting with a heat sink H (see FIG. 7), it is arranged on the bottom wall side by side on the bottom, and the capacitor C for the smoothing circuit of the inverter is arranged on the upper part as described above. The control board Uc is arranged.
[0047]
  In this embodiment, ATF (automatic transmission fluid: referred to as oil in this specification) is circulated in the drive unit case 10 for lubrication of each part of the mechanism of the drive unit and cooling of the motor M and the generator G. The system is cooled by heat exchange with another coolant (for example, using water, antifreeze liquid, etc.), and the control unit U is integrated with the drive unit, and the system is cooled by heat exchange with the coolant. Therefore, the cooling device is arranged at the connecting portion between the driving device and the control unit U.
[0048]
  The cooling device includes an oil reservoir 11 formed on a mating surface on the drive device case 10 side, a finned heat transfer wall 12 made of a material having a good thermal conductivity such as an aluminum material that constitutes a lid that covers the oil reservoir 11, Each component of the control unit U is accommodated, and similarly configured by a heat sink H formed on the bottom wall portion 20a of the case frame 20 made of a material having good thermal conductivity such as an aluminum material. The oil reservoir 11 on the side of the drive unit case 10 constitutes an oil passage in the middle of an oil circulation path using an oil pump O that is drivingly connected to the carrier of the planetary gear set P as a pressure feed source. An appropriate oil reservoir amount is always maintained by adjusting the flow rate using an orifice (not shown) provided. The heat sink H on the case frame 20 side is in contact with the switching element power modules Um and Ug for the motor M and the generator G of the control unit U, and has a U-shaped cross section in which the lower part formed in the heat sink H is opened. The coolant flow path L which consists of this groove 20b is provided. The open surface side of the groove is closed by a heat insulating wall 22 as a wall member constituting the groove lid.
[0049]
  The heat sink H in contact with the switching element power modules Um and Ug for the motor M and the generator G of the control unit U is formed in a form in which the bottom wall 20a of the case frame 20 is raised above the mating surface with the drive device case 10. . A continuous recess is formed as a groove 20b having a U-shaped cross section in the bottom wall 20a, and a heat insulating wall 22 as a wall member is fixed by being attached to the open surface side of the groove 20b. The heat insulating wall 22 defines a coolant flow path L in the heat sink H in cooperation with the groove 20b of the bottom wall 20a.
[0050]
  Coolant is fed into the heat sink H by pressure feeding by an electric pump (not shown) separately provided, and through an appropriate external pipe (not shown), from the inlet hole in the peripheral wall of the case frame 20. The low-temperature fluid that has entered the coolant flow path L is immediately introduced directly under the heat generating chip of the switching element power module Ug for the generator, and especially the chip portion of the switching element power module Ug for the generator by heat exchange with a sufficient temperature gradient. Cool down. After that, it is led directly under the heat generating chip of the motor switching element power module Um through a communication path between the generator switching element power module Ug and the motor power module Um, and the chip portion is cooled preferentially. In this way, the coolant exiting the heat sink H passes through the opening of the heat insulating wall 22, wraps around the lower side of the wall, and flows through the mating surface portion with the drive device case 10, thereby exchanging heat with the finned heat transfer wall 12. This time, the oil in the oil reservoir 11 (see FIG. 3) is cooled. The coolant that has undergone a series of heat exchange by flowing through the mating surface portion enters the heat sink H side again from the return opening of the heat insulating wall 22, and passes through an appropriate hole (not shown) from the outlet hole of the peripheral wall of the case frame 20 to cool the engine. It returns to the refrigerant reservoir connected to the suction side of the electric pump via a radiator or a heat sink such as a dedicated cooler.
[0051]
  In the cooling device of this embodiment, the coolant is shared for the cooling of the switching element power modules Um and Ug and the cooling of the oil. However, because of the flow path arrangement, the coolant is first switched to the switching element power via the heat sink H. After the modules Um and Ug are cooled, the oil for cooling the motor M and the generator G is cooled, so that the coolant temperature can be kept lower on the heat sink H side than on the heat transfer wall 12 side. This cooling mode is related to the fact that the heat resistance temperature of the switching element power modules Um, Ug is lower than the heat resistance temperature of the motor M and the generator G, and the temperature of the oil as the coolant for cooling the motor M and the generator G is When the load on the motor M or the generator G that requires sufficient cooling is large, the temperature is much higher than the temperature of the switching element power modules Um and Ug. Nevertheless, since a sufficient temperature gradient is generated between the oil that sandwiches the heat transfer wall 12, this depends on being able to perform efficient cooling.
[0052]
  Further, in the cooling order as described above, the cooling device portion interposed between the drive device case 10 and the unit case frame 20 itself has a high temperature oil between the heat sink H side and the heat transfer wall 12 side. It effectively functions as a heat insulating means for preventing the heat from being transferred to the switching element power modules Um and Ug. From this, even when the oil temperature of the heavy load increases, it is possible to prevent the coolant temperature from rising until it exceeds the heat resistance temperature of the switching element power modules Um and Ug. Therefore, by synergy of the above-described actions, the power modules Um, Ug, the motor M, and the generator G can be efficiently cooled according to their heat resistance while using the same coolant.
[0053]
  As described above in detail, according to this embodiment, with respect to the control unit U, the smoothing capacitor C is fixed on the switching element power modules Um and Ug, and the control board Uc is fixed on the smoothing capacitor C to control the inverter. Since the module is formed by stacking the substrates in the height direction, the area is reduced in size. In addition, by modularizing each part by bracket fixing, each can be sub-assembled and configured with an optimum size, so that each other is not affected by the area of the other two parts. The switching element power modules Um and Ug, which must secure a surface area in consideration of cooling performance, are fixed to the first base having the largest area, and the control board which does not require an area is fixed to the third base having the smallest area. Although the number and size differ depending on the required performance of the inverter, etc., these bases are fixed by fixing a smoothing capacitor having an intermediate area to the second base of the intermediate area. Since it becomes the structure which becomes smaller in area as it overlaps, it can be reduced in size three-dimensionally.
[0054]
  In addition, since the work procedure is such that each part is fixed to the base and sub-assembled, and these are simply stacked and fixed, the work space is not restricted and the assemblability is improved. Furthermore, since each base can be manufactured by a general method such as die casting, man-hours and costs can be reduced. In addition, since the switching element power modules Um and Ug and the smoothing capacitor C are connected by a short path on the circuit connection by the bus panel 26, a surge voltage due to switching of the switching element can be reduced. Further, the second base and the third base serve to shield the switching noise of the switching elements from the relationship of the stacked positions, and prevent the smoothing capacitor C and the control board Uc from being adversely affected. Can do.
[0055]
  The present invention has been described in detail based on the embodiment in which the present invention is applied to a drive device for a hybrid vehicle.However, the present invention is not limited to this embodiment, and at least an electric motor such as a drive device for an electric vehicle is used for control. The present invention is applicable to all drive devices that require an inverter, and can be implemented with various specific configurations within the scope of the matters described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a control unit of a hybrid vehicle drive device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a general circuit configuration of an inverter of a control unit.
FIG. 3 is a circuit plan view showing a substantial configuration of a switching element power module of the inverter.
FIG. 4 is a perspective view showing a detailed structure of a bracket on which a control board of the control unit is placed.
FIG. 5 is a perspective view showing a form after the capacitor is assembled in the control unit.
FIG. 6 is a perspective view showing a form after the control board is assembled in the control unit.
FIG. 7 is an axially developed cross-sectional view of a hybrid vehicle drive device in which a control unit is integrated.
FIG. 8 is a side view of the hybrid vehicle drive device as viewed from the engine coupling side.
[Explanation of symbols]
M motor (electric motor)
G generator (electric motor)
U control unit
Uc control board
Ug, Um Switching element power module
C Smoothing capacitor
P1, P2 DC terminal
20 Case frame (first base)
23 Bracket (second base)
24 Bracket (third base)
25 cushioning member
27 Cover

Claims (14)

電動機を備える駆動装置の電動機制御のためのインバータと、前記駆動装置を制御する制御基板とを収容した電動駆動装置制御ユニットにおいて、
前記インバータのスイッチング素子パワーモジュールを収納する有底矩形短筒状のケースフレームである第1の基台と、
リブ構造を有し、前記インバータ用の平滑コンデンサを載置するブラケットである第2の基台と、
前記制御基板を載置する第3の基台と、
を備えてなり、
前記第2の基台を前記第1の基台としての前記ケースフレーム内の少なくとも4隅に設けられ、ねじ穴が形成されたボス部である載置取付け部にボルトにより締結固定すると共に、前記第3の基台を前記第2の基台に固定したことを特徴とする電動駆動装置制御ユニット。
In an electric drive device control unit that houses an inverter for motor control of a drive device including an electric motor and a control board that controls the drive device,
A first base that is a bottomed rectangular short cylindrical case frame that houses the inverter switching element power module;
A second base that has a rib structure and is a bracket on which the smoothing capacitor for the inverter is placed;
A third base for mounting the control board;
With
Said second base, said provided at least four corners of the case frame as the first base, while fastened by bolts to the置取mounting portion mounting a boss threaded holes are formed, The electric drive unit control unit, wherein the third base is fixed to the second base.
2つの電動機を備える駆動装置の電動機制御のためのインバータと、前記駆動装置を制御する制御基板とを収容した電動駆動装置制御ユニットにおいて、
前記インバータの前記2つの電動機用の各スイッチング素子パワーモジュールを並べて収納する有底矩形短筒状のケースフレームである第1の基台と、
リブ構造を有し、前記インバータ用の平滑コンデンサを載置するブラケットである第2の基台と、
前記制御基板を載置する第3の基台と、
を備えてなり、
前記第2の基台を前記第1の基台としての前記ケースフレーム内の少なくとも4隅に設けられ、ねじ穴が形成されたボス部である載置取付け部にボルトにより締結固定すると共に、前記第3の基台を前記第2の基台に固定したことを特徴とする電動駆動装置制御ユニット。
In an electric drive device control unit containing an inverter for controlling an electric motor of a drive device including two electric motors, and a control board for controlling the drive device,
A first base that is a bottomed rectangular short cylindrical case frame that houses the switching element power modules for the two electric motors of the inverter side by side;
A second base that has a rib structure and is a bracket on which the smoothing capacitor for the inverter is placed;
A third base for mounting the control board;
With
Said second base, said provided at least four corners of the case frame as the first base, while fastened by bolts to the置取mounting portion mounting a boss threaded holes are formed, The electric drive unit control unit, wherein the third base is fixed to the second base.
前記平滑コンデンサは、前記2つの電動機のスイッチング素子パワーモジュールに共通の平滑回路に介装された、請求項2記載の電動駆動装置制御ユニット。  The electric drive device control unit according to claim 2, wherein the smoothing capacitor is interposed in a smoothing circuit common to the switching element power modules of the two electric motors. 前記各スイッチング素子パワーモジュールは、それらの直流端子を前記第1の基台の一方側に、それらの出力端子を他方側に揃えて並べられた、請求項2又は3記載の電動駆動装置制御ユニット。  4. The electric drive unit control unit according to claim 2, wherein each of the switching element power modules is arranged with their DC terminals aligned on one side of the first base and their output terminals aligned on the other side. 5. . 前記平滑コンデンサは、その端子を前記スイッチング素子パワーモジュールの直流入力側に向けて前記第2の基台に固定された、請求項1〜4のいずれか1項記載の電動駆動装置制御ユニット。  The electric drive device control unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the smoothing capacitor is fixed to the second base with a terminal thereof facing a DC input side of the switching element power module. 前記制御基板は、その周縁部分と中央部分で前記第3の基台に固定された、請求項1〜5のいずれか1項記載の電動駆動装置制御ユニット。  The electric drive device control unit according to claim 1, wherein the control board is fixed to the third base at a peripheral portion and a central portion. 前記第3の基台は、緩衝部材を介して前記第2の基台に固定された、請求項1〜6のいずれか1項記載の電動駆動装置制御ユニット。  The electric drive device control unit according to claim 1, wherein the third base is fixed to the second base via a buffer member. 前記駆動装置に一体化される、請求項1〜7のいずれか1項記載の電動駆動装置制御ユニット。  The electric drive device control unit according to claim 1, wherein the electric drive device control unit is integrated with the drive device. 車両前方に対して、前傾姿勢で前記駆動装置に取り付けられる、請求項8記載の電動駆動装置制御ユニット。  The electric drive device control unit according to claim 8, wherein the electric drive device control unit is attached to the drive device in a forward leaning posture with respect to the front of the vehicle. 前記ケースフレームの上部はカバーで被覆され、前記カバーの前面と後面は、車両への搭載状態で垂直面と水平面となる傾斜面とされた、請求項9記載の電動駆動装置制御ユニット。The electric drive device control unit according to claim 9 , wherein an upper portion of the case frame is covered with a cover, and a front surface and a rear surface of the cover are inclined surfaces which are a vertical surface and a horizontal surface when mounted on the vehicle. 前記第3の基台は、前記第2の基台側とは反対側に、前記制御基板の取付け部を有する請求項1〜10のいずれか1項記載の電動駆動装置制御ユニット。  The electric drive device control unit according to any one of claims 1 to 10, wherein the third base has an attachment portion for the control board on a side opposite to the second base. 記第2の基台の4隅の前記載置取付け部と符合する位置に、前記載置取付け部への取り付けのための締結部が設けられている請求項1〜11のいずれか1項記載の電動駆動装置制御ユニット。A position consistent with the previous SL before described置取mounting portion of the four corners of the second base, any one of the preceding claims, the fastening portion is provided for attachment to the front according置取mounting portion The electric drive unit control unit described. 前記第2の基台の少なくとも前記締結部より内側の4隅に、前記制御基板を取り付けるための第2載置取付け部が設けられ、前記第3の基台の4隅の前記第2載置取付け部と符合する位置に、前記第2載置取付け部への取り付けのための第2締結部が設けられている請求項12記載の電動駆動装置制御ユニット。  Second mounting mounting portions for mounting the control board are provided at least at four corners inside the fastening portion of the second base, and the second mounting at the four corners of the third base is provided. The electric drive unit control unit according to claim 12, wherein a second fastening portion for attachment to the second mounting attachment portion is provided at a position coinciding with the attachment portion. 前記ケースフレームに固定され、該ケースフレームとともに、前記スイッチング素子パワーモジュール、前記平滑コンデンサ及び前記第2の基台、並びに前記制御基板及び前記第3の基台を覆うカバーを備えた請求項1〜9及び11〜13のいずれか1項記載の電動駆動装置制御ユニット。A cover fixed to the case frame and provided with the case frame, the cover covering the switching element power module, the smoothing capacitor, the second base, and the control board and the third base. The electric drive unit control unit according to any one of 9 and 11-13.
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