JP4239474B2 - 車輌用駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源として内燃機関および電動機を搭載した車輌用駆動装置に関し、特に電動機に交流電力を供給する電力変換装置の冷却構造に改良が加えられた車輌用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流電源から得られる直流電力を電力変換装置を用いて交流電力に変換し、この交流電力を用いて電動機を駆動することによって、電気エネルギーを効率良く運動エネルギーに変換する電気駆動装置が知られている。この電気駆動装置の応用範囲は広く、近年では車輌への搭載も一部実用化が始まっている。
【０００３】
上述の電気駆動装置を搭載した車輌としては、内燃機関に加えて電気駆動装置を備えたハイブリッド電気自動車（Hybrid Electric Vehicle）や、内燃機関を搭載せずに電気駆動装置のみを搭載した電気自動車（Electric Vehicle）などがある。これら車輌は、環境に配慮した自動車として注目を集めている。このうち、ハイブリッド電気自動車にあっては、上述のように内燃機関であるエンジンと電動機であるモータとを備えており、これらエンジンおよびモータを併用することにより車輌の推進力を得ている。
【０００４】
通常、モータは３相交流電力によって駆動される。このため、直流電源であるバッテリーから供給される直流電力を電力変換装置であるインバータによって３相交流電力へと逆変換し、モータへと給電している。このインバータは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはパワーＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタといったスイッチング素子によって構成されたスイッチング回路と、このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するスイッチング制御回路と、さらに各種センサ信号の処理や電源生成等を行なうインバータ制御回路とから構成されている。近年では、これらのうち、スイッチング回路とスイッチング制御回路とをモジュール内に一体に搭載したＩＰＭ（Integrated Power Module）と呼ばれるスイッチングモジュールが主流となっている。
【０００５】
上述のエンジン、モータおよびインバータは、いずれも動作状態により高温になり得る部品である。このため、車輌運転時にはこれらの部品を効率的に冷却することが重要になってくる。エンジンおよびモータは、通常ラジエーターを含む水冷式の冷却装置によって冷却される。これに対し、インバータの冷却には種々の冷却構造が検討されている。
【０００６】
その一例としては、たとえば、インバータに向かって風を送風する冷却ファンを設置したもの（実開平４−８８３８７号公報）や、車輌走行時に外気が直接吹き付けられるようにインバータを設置し、走行風によって冷却する冷却構造（特開平６−２４５５４２号公報）などがある。また、実用化されたハイブリッド電気自動車にあっては、エンジンおよびモータを冷却するラジエーターとは別個にインバータ専用のラジエーターを設け、このラジエーターによってインバータを冷却したものがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の冷却構造においては、以下のような問題がある。
【０００８】
まず、冷却ファンを設置したものでは専用の空気冷却系が必要となり、装置の大型化が懸念される。ハイブリッド電気自動車においては限られたスペース内にエンジンやモータを配置する必要があり、インバータ専用の空気冷却系を別途設置することはレイアウト上非常に困難である。
【０００９】
次に、走行風によって冷却する冷却構造を採用した場合には、車輌停止時や低速走行時に十分な冷却を行なうことができないという問題がある。このため、運転条件によってはインバータ内に熱が蓄積するおそれがあるため、インバータ内の回路や素子の耐温度性能を高くする必要があり、インバータの製造コストが増大してしまうことも考えられる。
【００１０】
さらに、インバータ専用のラジエーターを別個に設けてインバータを冷却する冷却構造にあっては、効果的にインバータを冷却することはできるものの、やはり冷却系が大型化することによって車輌への搭載性が非常に悪いという点や、製造コストが増大するといった点で問題がある。
【００１１】
したがって、本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、別途インバータ専用の冷却系を設置する必要がなく、かつ高い冷却性能を得ることが可能な車輌用駆動装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく車輌用駆動装置は、内燃機関、電動機および電力変換装置を備える。電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路を含んでおり、この電力変換装置からの通電電流によって電動機が駆動する。内燃機関および電動機は、車輌を推進させるための動力源として併用される。電力変換装置は、スイッチング回路を構成するスイッチング素子と、このスイッチング素子が動作することによって生ずる熱を外部へと放出させるための放熱部とを含んでいる。内燃機関の燃焼室へ外気を供給する吸気系の吸気経路内には、取り込んだ外気を浄化する外気浄化手段が設置されており、吸気系は、外気浄化手段が収容されたエアクリーナを含んでいる。そして、放熱部は、エアクリーナの筐体の内部に配置され、かつ外気浄化手段より下流側に位置する吸気経路の内壁の一部を構成するようジグザグ形状に形成されており、スイッチング素子は、エアクリーナの筐体の内部でかつ放熱部のうちの吸気経路を構成する壁面の裏面に配置されている。
【００１３】
本構成のように、電力変換装置の放熱部を内燃機関の吸気系の吸気経路内の外気浄化手段より下流側でかつエアクリーナの筐体の内部に配置することにより、吸気経路を流通する外気と放熱部とを熱交換させることが可能になり、スイッチング素子の冷却が可能になる。また、スイッチング素子の冷却系として内燃機関の吸気系を用いることにより、スイッチング素子を冷却するために別途冷却系を設ける必要がなくなるので、車輌用駆動装置の大幅な小型化が可能になる。このように、本構成とすることによって高い冷却性能と装置の小型化とを両立させることが可能になる。また、吸気系においては車輌停止時であっても内燃機関が動作していれば常時吸気が行なわれるため、車輌停止時においてもスイッチング素子を冷却することが可能であり、熱の蓄積が回避される。また、外気浄化手段の下流側に電力変換装置の放熱部を配置することにより、長期にわたる使用による冷却性能の劣化が防止される。これは、取り込まれた外気中に含まれる塵や埃が外気浄化手段によって除去され、外気浄化手段よりも下流側の吸気系の吸気経路内壁に塵や埃が付着することがなくなるためであり、このため熱交換を行なう部分の表面積が減少しないことによる。これにより、長期にわたって安定して高い冷却効果が得られるようになる。
上記本発明に基づく車輌用駆動装置にあっては、たとえば、外気浄化手段がエアフィルターであることが好ましい。
【００２４】
上記本発明の車輌用駆動装置にあっては、たとえば、内燃機関の近傍に電動機を配置し、電動機の近傍に電力変換装置を配置することにより、内燃機関、電動機および電力変換装置を一体化させることが望ましい。
【００２５】
このように、内燃機関と電動機とを近接配置し、さらに電力変換装置をこれらの近傍に配置することによって駆動装置を一体化することにより、車輌搭載性に優れた車輌用駆動装置を提供することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。図１は、一般的なエンジンの吸気系の吸気経路を示す模式図であり、本発明に係る車輌用駆動装置における要冷却部品であるインバータのスイッチング素子の熱を放熱する放熱部を配置すべき位置を説明するための図である。また、図２は、本発明の実施の形態における電気駆動装置の回路構成を示す図であり、図３は、図２におけるスイッチングモジュールの構造を示す断面図である。
【００２７】
まず、図１を参照して、内燃機関であるエンジンの吸気系について説明する。吸気系は、エアインレット１と、エアクリーナー２と、エアフロメーター３と、スロットルボデー４と、インテークマニホールド５とから主に構成される。これら吸気系の各構成部品は互いに直接連結されるか、または必要に応じてエアダクトによって連結される。なお、本発明において吸気経路とは、取り込んだ外気を流通させるために吸気系の各構成部品によって構成された外気の流通路のことをいう。
【００２８】
エアインレット１は外気を取り込むための吸気口であり、車輌の進行方向に向かって開口するようにエンジンルーム内の最前列に配置される。エアインレット１から取り込まれた外気はエアクリーナー２へと流入する。エアクリーナー２は、内部に外気浄化手段であるエアフィルター２ａを有しており、このエアフィルター２ａによって外気に含まれている塵や埃が取り除かれる。
【００２９】
エアクリーナー２によって浄化された外気は、外気の流量を検知するエアフロメーター３を経由してスロットルボデー４内へと導かれる。スロットルボデー４内には、外気の流入量を調節するスロットルバルブ４ａが設置されている。スロットルバルブ４ａによって流量が調整された外気は、インテークマニホールド５へと流入する。
【００３０】
インテークマニホールド５は、外気の圧力や流量、温度などの急激な変化を緩和するために設けられた大容量部であるサージタンク５ａと、エンジンＥＧの吸気ポート７へと外気を導く分岐管５ｂとからなる。吸気ポート７の各々には、インジェクタ８が設置されており、このインジェクタ８によって吸気ポート７を流通する外気に燃料が噴射されることによって混合気が形成される。この混合気が燃焼室９に吸入されてピストンによって圧縮され、燃焼することによってクランクシャフトに駆動力が生ずる。燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホールド１０へと達し、排気系へと流入する。
【００３１】
本発明では、この吸気系の吸気経路近傍にインバータの放熱部が配置される。インバータの放熱部は、要冷却部品であるスイッチング素子を冷却するための部位であり、通常放熱板や放熱フィンなどによって構成される。図１において、矢印Ａで表わされる領域は吸気経路を示しており、この領域における吸気経路の内部またはその近傍に放熱部が配置される。これにより、吸気経路内を流通する外気と放熱部とが熱交換可能となり、スイッチング素子の効率的な冷却が可能になる。
【００３２】
ここで、吸気経路の近傍とは、吸気経路内を流通する外気によって冷却が可能となる領域のことを言う。また、吸気経路内またはその近傍に放熱部を配置する態様としては、放熱部を直接吸気系の外壁に接触させて配置する場合や、放熱部が吸気系の吸気経路の内壁を構成するように配置する場合、さらには吸気経路内に完全に放熱部を収容して配置する場合など、種々の態様が考えられる。
【００３３】
より好ましくは、図１において、矢印Ｂで表わされる領域における吸気経路内またはその近傍にインバータの放熱部を配置する。これは、インテークマニホールド５が、吸気系の構成部品のうち最もエンジンＥＧ側に近い位置に配置される部品であるためであり、車輌運転中にエンジンＥＧで発生する熱が伝熱し易いため、車輌走行時に高温になるためである。このため、より効率良くスイッチング素子を冷却するには、図中矢印Ｂで示される領域における吸気経路内または近傍に放熱部を配置することが好ましい。
【００３４】
さらにより好ましくは、図１において、矢印Ｃで表わされる領域の近傍にインバータの放熱部を配置する。エアクリーナー２のエアフィルター２ａにより、外気中に含まれる塵や埃が取り除かれるため、このエアフィルター２ａよりも下流側に位置する吸気経路の内壁には塵や埃が付着することがない。このため、エアフィルター２ａよりも下流側の吸気経路内またはその近傍に放熱部を配置すれば、熱交換を行なう部分の表面積が減少することがないため、長期にわたって安定した冷却性能が維持される。
【００３５】
次に、図２および図３を参照して、本発明におけるインバータについて説明する。まず、図２を参照して、電気駆動装置の回路構成について説明する。図に示すスイッチングモジュール１５はいわゆるＩＰＭであり、要冷却部品であるスイッチング素子１１と、還流用のフリーホイールダイオード１２と、スイッチング制御回路１４とを備える。
【００３６】
図に示すスイッチングモジュール１５は、交流成分の３相にそれぞれ上下アームが構成された計６組のスイッチング素子１１およびフリーホイールダイオード１２を有している。スイッチング素子１１の各々のゲートは、スイッチング制御回路１４に接続される。スイッチング制御回路１４は、図示しないインバータ制御回路を介して同じく図示しないＥＣＵ（Electrical Control Unit）に接続されており、車輌の運転条件に応じてスイッチング素子１１のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。
【００３７】
スイッチングモジュール１５は、外部への接続端子として、直流電力入力側にＰ，Ｎの２つの端子を、交流電力出力側にＵ，Ｖ，Ｗの３つの端子を備えている。このうちＰ，Ｎ端子は、バッテリーＢａｔｔおよび平滑用コンデンサ１６の正極および負極にそれぞれ電気的に接続される。ここで、平滑用コンデンサ１６はスイッチング回路１３に入力される直流電力の平滑化を行なうコンデンサである。一方、Ｕ，Ｖ，Ｗ端子は、電動機であるモータの三相の接続端子に接続される。
【００３８】
次に、図３を参照して、スイッチングモジュールの構造について説明する。スイッチングモジュール１５は、たとえば難燃性の樹脂からなるケーシング１７を備え、その底面には放熱部である放熱板１８を備える。この放熱板１８は、たとえば熱伝導率の高い金属材料によって形成される。この放熱板１８上にはスイッチング素子１１およびフリーホイールダイオード１２が実装される。ケーシング１７には導電材料からなる配線であるバスバー１９が形成されており、スイッチング素子１１等にたとえば金属細線からなるワイヤーボンド２０によって電気的に接続される。
【００３９】
また、スイッチング素子１１のゲートは、ワイヤーボンド２０および導電材料にて形成された端子ピン２１を介して、スイッチング制御回路１４が形成された制御基板２２に電気的に接続される。さらに、スイッチング制御回路１４はハーネス２３によって図示しないインバータ制御回路へと接続される。
【００４０】
上記回路構成および構造により、バッテリーから得られる直流電力をインバータによって交流電力へと逆変換し、この交流電力をモータへと給電することによってモータを駆動することが可能になる。なお、本回路構成を採用した場合には、車輌の制動（回生）時に電動機であるモータを発電機として使用することも可能であり、この場合モータの回転軸に生ずる運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーへと蓄電することが可能になる。このため、以下においては電動機であるモータをモータ／ジェネレータと呼ぶ。
【００４１】
以下においては、上記本発明の具体的な種々の実施形態について、図を用いて詳説する。
【００４２】
（実施形態１）
まず、図４ないし図７を参照して、本発明の実施形態１について説明する。図４は、本発明の実施形態１における車輌用駆動装置の構造を示す概略斜視図である。本実施形態における車輌用駆動装置では、エンジンＥＧと、２つのモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、スイッチングモジュールを内包するインバータボックス２４とが一体的に構成されている。
【００４３】
エンジンＥＧの前面には、モータ／ジェネレータＭＧ１が配置されており、さらにこのモータ／ジェネレータＭＧ１の前面にチェーンドライブスプロケットやプラネタリギア等を含むトランスアクスルＴＡが配置されている。さらに、このトランスアクスルＴＡの前面には、モータ／ジェネレータＭＧ２が配置されている。
【００４４】
２つのモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の上方には、インバータボックス２４が配置されている。このインバータボックス２４内には、インバータのスイッチング回路を内部に含むスイッチングモジュール１５が設置されており（図６参照）、バスバーなどによってモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に接続されている。さらに、このインバータボックス２４の上方には、エンジンＥＧの吸気系の構成部品であるエアクリーナー２が配置されている。このエアクリーナー２の上流側は、エアダクト２５によって図示しないエアインレットに接続されており、下流側は図示しないエアフロメーターやスロットルボデーを介してインテークマニホールド５に接続されている。なお、インテークマニホールド５は、エンジンＥＧの燃焼室へと通じている。
【００４５】
図５は、インバータボックスの拡大斜視図である。インバータボックス２４は、その上面すなわちエアクリーナー２に対向する面に、放熱フィン２６を備えている。インバータボックス２４の材質としては、金属などの熱伝導率に優れた材料が使用される。なお、本実施形態では、インバータボックス２４の上面がエアフィルター２の筐体下面をも兼ねる構成となっている。
【００４６】
図６は、図４および図５におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。図に示すように、インバータボックス２４の内側天面には、スイッチングモジュール１５が設置されている。このとき、スイッチングモジュール１５の放熱部である放熱板１８がインバータボックス２４の上面と接触するように、スイッチングモジュール１５が取付けられる。これにより、放熱板１８とインバータボックス２４の上面とが接触するため、放熱フィン２６もスイッチング素子に生ずる熱を放熱するための放熱部を構成することになる。
【００４７】
エアクリーナー２内にはエアフィルター２ａが充填されている。エアフィルター２ａとインバータボックス２４の上面に設けられた放熱フィン２６とは直接接触しており、この部位において熱交換が行なわれる。このため、エアフィルター２ａの材質としては熱伝導率の高い材料を用いることが望ましい。
【００４８】
本構成のように、インバータの発熱部であるスイッチング素子をエンジンの吸気系の構成部品であるエアクリーナーのエアフィルターと熱交換可能なように、インバータの放熱部をエアクリーナーに接触するように配置することにより、効率良くスイッチング素子を冷却することが可能になる。また、本構成のように、インバータの冷却系としてエンジンの吸気系を用いることにより、車輌用駆動装置の大幅な小型化が可能になる。さらには、本構成のように、エンジン、モータ／ジェネレータおよびインバータを近接配置して一体化することにより、車輌搭載性に優れた車輌用駆動装置を提供することが可能になる。また、モータ／ジェネレータとスイッチングモジュールとを近接配置して一体化することにより、配線インダクタンスの低減も図られる。
【００４９】
なお、エアフィルター２ａは、外気に含まれる塵や埃を回収するためのものであるため、長期の使用によって劣化が生じる。このため、頻繁にエアフィルター２ａを交換または洗浄する必要がある。これに比べインバータの交換やメンテナンスといった作業はさほど頻繁には行なわれない。このため本実施形態の如く、エアクリーナー２をエンジンルームの上方に配置し、下方にスイッチングモジュール１５を配置することにより、スイッチングモジュール１５を取外すことなくエアフィルター２ａの交換等が行なえる構造とすることが望ましい。しかしながら、特にこのような構成に限定されるものではなく、たとえば図７の如く、スイッチングモジュール１５をエアクリーナー２の上方に配置させてもよい。
【００５０】
（実施形態２）
次に、図８ないし図１１を参照して、本発明の実施形態２について説明する。図８は、本発明の実施形態２におけるエアダクトの一部破断斜視図であり、図９は、図８におけるＩＸ−ＩＸ断面図である。本実施形態は、インバータの放熱部をエアダクトに配置した場合の一例を示すものである。
【００５１】
図８および図９に示すように、エアダクト２５の吸気経路２５ａには、放熱ピース２７が内挿されている。放熱ピース２７は金属などの高熱伝導材料を用いて筒状に形成されたものであり、その外周面にはリブ２７ａを複数有している。このリブ２７ａはエアダクト２５の内壁に当接し、これによって放熱ピース２７がエアダクト２５内に固定される。放熱ピース２７の所定位置には、スイッチングモジュール１５を支持するための支持部２７ｂが形成されている。
【００５２】
エアダクト２５の周面の所定位置は、スイッチングモジュール１５を受入れるための切り欠きが設けられており、この切り欠きにスイッチングモジュール１５が嵌め込まれている。この切り欠きは、上述の放熱ピース２７の支持部２７ｂに対向する位置に設けられており、スイッチングモジュール１５をこの切り欠きに嵌め込むことにより、スイッチングモジュール１５の下面である放熱板１８が支持部２７ｂ上に位置するように構成されている。なお、スイッチングモジュール１５とエアダクト２５とは気密にシールされていることが望ましい。
【００５３】
スイッチングモジュール１５の放熱板１８と放熱ピース２７の支持部２７ｂとの間には、たとえばシリコングリースなどの高熱伝導部材が介在される。これにより、放熱板１８と放熱ピース２７の支持部２７Ｂとが熱交換可能となるため、放熱ピース２７もスイッチング素子に生ずる熱を放熱するための放熱部を構成することになる。以上により、スイッチング素子にて発生した熱は、スイッチングモジュール１５の放熱板１８からグリース２８を介して放熱ピース２７へと放熱され、さらに放熱ピース２７と吸気経路２５ａを流通する外気とが熱交換を行なうことにより、スイッチング素子を効率よく冷却することが可能になる。
【００５４】
上記構成により、スイッチング素子をエアダクト内を流通する外気によって高効率に冷却することが可能になると同時に、簡便にインバータの放熱部をエアダクト近傍に設置することが可能になる。
【００５５】
なお、冷却性能のさらなる向上を図るために、図に示すようにスイッチングモジュール１５の放熱板１８下面を凹凸形状とし、放熱ピース２７の支持部２７ｂにこの凹凸形状に対応する放熱フィン２７ｃを設けることが望ましい。また、本実施形態では図示の如く、放熱ピース２７のリブ２７ａ間にも外気を流通させることが可能であるため、スイッチングモジュール１５の側面は直接外気と熱交換することが可能であり、さらなる冷却効果が期待される。さらには、放熱ピース２７の周面に設けられたリブ２７ａをエアダクトの延伸方向に向かって螺旋状に延びるようにすることにより、熱交換を行なう表面積を増大させることが可能になるため、さらなる冷却性能の向上が期待できる。
【００５６】
放熱ピース２７の形状は、特に図８および図９に示した形状に限定されるものではなく、図１０に示すような非筒状に形成されたものであってもよい。また、放熱ピース２７の有効利用や装置の小型化を考えた場合には、複数のスイッチングモジュール１５を放熱ピース２７の周面に配置した図１１のような構造を採用してもよい。
【００５７】
（実施形態３）
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の実施形態３について説明する。図１２は、本発明の実施形態３におけるエアクリーナーの外気の流通方向における断面図であり、図１３は、図１２におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。本実施形態は、エアクリーナーに一体的にインバータを組付けた場合を示すものである。
【００５８】
図１２に示すように、エアクリーナー２は、筐体であるケーシング２ｂ，２ｃを有する。ケーシング２ｂ，２ｃ内にはエアフィルター２ａが配置されており、さらにその下流側近傍に放熱ピース２７が配置されている。図１３に示すように、放熱ピース２７は、エアクリーナー２のケーシング２ｂ，２ｃ内部にまで達すようにジグザグ形状となっている。
【００５９】
このジグザグに形成された放熱ピース２７の内側側面には、要冷却部品であるスイッチング素子１１やフリーホイールダイオード１２が実装された絶縁基板２９が直接実装される。ここで、絶縁基板２９は、その両主面が金属メッキされた絶縁基板が使用される。絶縁基板２９の素子側主面と、スイッチング素子１１等の主表面とは、信号線３０によってエアクリーナー２上部に設置された制御基板２２へと電気的に接続される。さらに、この制御基板２２を覆うようにインバータボックス２４がエアクリーナー２の上部に取付けられる。
【００６０】
本構成のように、エアクリーナーとスイッチング素子を含むインバータとを一体化することにより、効率良くスイッチング素子を冷却することが可能になる。また、本実施形態のような構成にすれば、吸気系の吸気経路においてエアフィルターの下流側に簡便にインバータの放熱部を配置することが可能になる。
【００６１】
（車輌搭載例）
次に、図１４を参照して、エアクリーナーに一体に取付けられたインバータの車輌搭載例を示す。図１４は、本発明に係る車輌用駆動装置のエンジンルーム内への配置例を示した概略図である。
【００６２】
図に示すように、エンジンルームの最前列には、車輌の進行方向に向かって開口するエアインレット１が配置される。エアインレット１は後方に向かって延びており、エアクリーナー２へと外気を供給する。エアクリーナー２の下方には、スイッチングモジュールを含むインバータボックス２４が設置されている。スイッチングモジュールは、上述の実施形態１の如く、エアクリーナー２に面する側にスイッチング素子が実装された放熱板が位置するようにインバータボックス２４内の天面に設置される。さらにインバータボックス２４の下方にはモータ／ジェネレータＭＧが配置される。エアクリーナー２にて、塵や埃が取り除かれた外気は、エアダクト２５およびインテークマニホールド５を介してエンジンＥＧの燃焼室へと到達する。
【００６３】
ここで、エンジンＥＧの前面とモータ／ジェネレータＭＧの前面には、それぞれプーリ３２，３３が取付けられており、それぞれのプーリ３２，３３はエンジンＥＧのクランクシャフトおよびモータ／ジェネレータＭＧの回転軸と接続されている。さらに、これらプーリ３２，３３はタイミングベルト３４を介して接続されている。また、エンジンＥＧのプーリ３２とクランクシャフトとの間には電磁クラッチ（図示せず）が取付けられており、運転状況に合わせて任意に接続／切離しが行なわれる。
【００６４】
上記構成の車輌駆動装置を搭載した車輌では、車輌停止時に電磁クラッチを切り離すことによってエンジンを自動停止（アイドルストップ）させることが可能であり、また、発進時には電磁クラッチを接続することによってモータ／ジェネレータにて車輌を発進させることが可能である。また、車輌停止時には電磁クラッチを切り離すことにより、モータ／ジェネレータにてエアコン用のコンプレッサなどの補記を駆動することも可能である。このような車輌においては、無理なくエアクリーナーの下方にインバータを配置し、さらにその下方にモータ／ジェネレータを配置することが可能であり、インバータの発熱部であるスイッチング素子を効率良く冷却することが可能になる。また、本構成のような車輌においては、走行と同時にエンジンが始動するため、吸気系の吸気経路を用いずに単に走行風にて冷却する構成よりも高い冷却性能を得ることが期待できる。
【００６５】
上記実施形態においては、いずれの場合も放熱部として金属材料からなる放熱板や放熱フィンなどの放熱ブロックを使用したが、特にこれに限定されるものではなく、たとえばヒートパイプや沸騰冷却器を用いることも可能である。沸騰冷却器とは、内部に低沸点の液体が封入された放熱器のことを言う。これらを用いることにより、さらに効率良くスイッチング素子を冷却することが可能になる。
【００６６】
また、上記実施形態においては、インバータの放熱部を設置する位置として、吸気系の吸気経路上のエアクリーナーやエアダクトに設置した場合を例示したが、エアフロメーターやスロットルボデーなどの吸気経路構成部品上に設置することも考えられる。また、冷却性能の劣化を防止するためにはエアフィルター下流側にインバータの放熱部を設けることが好ましいが、たとえばエアインレットなどのエアフィルター上流側の吸気経路構成部品に設置することも可能である。
【００６７】
このように、今回開示した上記実施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。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、別途インバータの冷却系を構成することなく効率良くインバータの発熱部であるスイッチング素子を冷却することが可能になる。このため、インバータ専用の冷却系が不要となり、車輌用駆動装置の省スペース化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態における車輌用駆動装置のインバータの放熱部を設置すべき位置を示す模式図である。
【図２】 本実施の形態におけるインバータの回路構成図である。
【図３】 図２におけるスイッチングモジュールの構造を示す断面図である。
【図４】 本発明の実施形態１における車輌用駆動装置の構造を示す概略斜視図である。
【図５】 図４におけるインバータボックスの拡大斜視図である。
【図６】 図４および図５におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】 本発明の実施形態１における他の変形例を示す車輌用駆動装置の概略断面図である。
【図８】 本発明の実施形態２におけるエアダクトの一部破断斜視図である。
【図９】 図８におけるＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】 本発明の実施形態２における他の変形例を示すエアダクトの概略断面図である。
【図１１】 本発明の実施形態２におけるさらに他の変形例を示すエアダクトの概略断面図である。
【図１２】 本発明の実施形態３におけるエアクリーナーの吸気経路方向の概略断面図である。
【図１３】 図１２におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。
【図１４】 本発明に係る車輌用駆動装置のエンジンルーム内への配置例を示した概略図である。
【符号の説明】
１ エアインレット、２ エアクリーナー、２ａ エアフィルター、２ｂ，２ｃ （エアクリーナーの）ケーシング、３ エアフロメーター、４ スロットルボデー、４ａ スロットルバルブ、５ インテークマニホールド、５ａ サージタンク、５ｂ 分岐管、７ 吸気ポート、８ インジェクタ、９ 燃焼室、１０エキゾーストマニホールド、１１ スイッチング素子、１２ フリーホイールドダイオード、１３ スイッチング回路、１４ スイッチング制御回路、１５ スイッチングモジュール（ＩＰＭ）、１６ 平滑用コンデンサ、１７ （スイッチングモジュールの）ケーシング、１８ 放熱板、１９ バスバー、２０ ワイヤーボンド、２１ 端子ピン、２２ 制御基板、２３ ハーネス、２４ インバータボックス、２５ エアダクト、２５ａ 吸気経路、２６ 放熱フィン、２７放熱ピース、２７ａ リブ、２７ｂ 支持部、２７ｃ 放熱フィン、２８ グリース、２９ 基板、３０ 信号線、３１ エンジンルーム、３２ （エンジンの）プーリ、３３ （モータ／ジェネレータの）プーリ、３３ タイミングベルト、Ｂａｔｔ バッテリー、ＥＧ エンジン、ＭＧ モータ／ジェネレータ、ＴＡ トランスアクスル。
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源として内燃機関および電動機を搭載した車輌用駆動装置に関し、特に電動機に交流電力を供給する電力変換装置の冷却構造に改良が加えられた車輌用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流電源から得られる直流電力を電力変換装置を用いて交流電力に変換し、この交流電力を用いて電動機を駆動することによって、電気エネルギーを効率良く運動エネルギーに変換する電気駆動装置が知られている。この電気駆動装置の応用範囲は広く、近年では車輌への搭載も一部実用化が始まっている。
【０００３】
上述の電気駆動装置を搭載した車輌としては、内燃機関に加えて電気駆動装置を備えたハイブリッド電気自動車（Hybrid Electric Vehicle）や、内燃機関を搭載せずに電気駆動装置のみを搭載した電気自動車（Electric Vehicle）などがある。これら車輌は、環境に配慮した自動車として注目を集めている。このうち、ハイブリッド電気自動車にあっては、上述のように内燃機関であるエンジンと電動機であるモータとを備えており、これらエンジンおよびモータを併用することにより車輌の推進力を得ている。
【０００４】
通常、モータは３相交流電力によって駆動される。このため、直流電源であるバッテリーから供給される直流電力を電力変換装置であるインバータによって３相交流電力へと逆変換し、モータへと給電している。このインバータは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはパワーＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタといったスイッチング素子によって構成されたスイッチング回路と、このスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御するスイッチング制御回路と、さらに各種センサ信号の処理や電源生成等を行なうインバータ制御回路とから構成されている。近年では、これらのうち、スイッチング回路とスイッチング制御回路とをモジュール内に一体に搭載したＩＰＭ（Integrated Power Module）と呼ばれるスイッチングモジュールが主流となっている。
【０００５】
上述のエンジン、モータおよびインバータは、いずれも動作状態により高温になり得る部品である。このため、車輌運転時にはこれらの部品を効率的に冷却することが重要になってくる。エンジンおよびモータは、通常ラジエーターを含む水冷式の冷却装置によって冷却される。これに対し、インバータの冷却には種々の冷却構造が検討されている。
【０００６】
その一例としては、たとえば、インバータに向かって風を送風する冷却ファンを設置したもの（実開平４−８８３８７号公報）や、車輌走行時に外気が直接吹き付けられるようにインバータを設置し、走行風によって冷却する冷却構造（特開平６−２４５５４２号公報）などがある。また、実用化されたハイブリッド電気自動車にあっては、エンジンおよびモータを冷却するラジエーターとは別個にインバータ専用のラジエーターを設け、このラジエーターによってインバータを冷却したものがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の冷却構造においては、以下のような問題がある。
【０００８】
まず、冷却ファンを設置したものでは専用の空気冷却系が必要となり、装置の大型化が懸念される。ハイブリッド電気自動車においては限られたスペース内にエンジンやモータを配置する必要があり、インバータ専用の空気冷却系を別途設置することはレイアウト上非常に困難である。
【０００９】
次に、走行風によって冷却する冷却構造を採用した場合には、車輌停止時や低速走行時に十分な冷却を行なうことができないという問題がある。このため、運転条件によってはインバータ内に熱が蓄積するおそれがあるため、インバータ内の回路や素子の耐温度性能を高くする必要があり、インバータの製造コストが増大してしまうことも考えられる。
【００１０】
さらに、インバータ専用のラジエーターを別個に設けてインバータを冷却する冷却構造にあっては、効果的にインバータを冷却することはできるものの、やはり冷却系が大型化することによって車輌への搭載性が非常に悪いという点や、製造コストが増大するといった点で問題がある。
【００１１】
したがって、本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、別途インバータ専用の冷却系を設置する必要がなく、かつ高い冷却性能を得ることが可能な車輌用駆動装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に基づく車輌用駆動装置は、内燃機関、電動機および電力変換装置を備える。電力変換装置は、直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路を含んでおり、この電力変換装置からの通電電流によって電動機が駆動する。内燃機関および電動機は、車輌を推進させるための動力源として併用される。電力変換装置は、スイッチング回路を構成するスイッチング素子と、このスイッチング素子が動作することによって生ずる熱を外部へと放出させるための放熱部とを含んでいる。内燃機関の燃焼室へ外気を供給する吸気系の吸気経路内には、取り込んだ外気を浄化する外気浄化手段が設置されており、吸気系は、外気浄化手段が収容されたエアクリーナを含んでいる。そして、放熱部は、エアクリーナの筐体の内部に配置され、かつ外気浄化手段より下流側に位置する吸気経路の内壁の一部を構成するようジグザグ形状に形成されており、スイッチング素子は、エアクリーナの筐体の内部でかつ放熱部のうちの吸気経路を構成する壁面の裏面に配置されている。
【００１３】
本構成のように、電力変換装置の放熱部を内燃機関の吸気系の吸気経路内の外気浄化手段より下流側でかつエアクリーナの筐体の内部に配置することにより、吸気経路を流通する外気と放熱部とを熱交換させることが可能になり、スイッチング素子の冷却が可能になる。また、スイッチング素子の冷却系として内燃機関の吸気系を用いることにより、スイッチング素子を冷却するために別途冷却系を設ける必要がなくなるので、車輌用駆動装置の大幅な小型化が可能になる。このように、本構成とすることによって高い冷却性能と装置の小型化とを両立させることが可能になる。また、吸気系においては車輌停止時であっても内燃機関が動作していれば常時吸気が行なわれるため、車輌停止時においてもスイッチング素子を冷却することが可能であり、熱の蓄積が回避される。また、外気浄化手段の下流側に電力変換装置の放熱部を配置することにより、長期にわたる使用による冷却性能の劣化が防止される。これは、取り込まれた外気中に含まれる塵や埃が外気浄化手段によって除去され、外気浄化手段よりも下流側の吸気系の吸気経路内壁に塵や埃が付着することがなくなるためであり、このため熱交換を行なう部分の表面積が減少しないことによる。これにより、長期にわたって安定して高い冷却効果が得られるようになる。
上記本発明に基づく車輌用駆動装置にあっては、たとえば、外気浄化手段がエアフィルターであることが好ましい。
【００２４】
上記本発明の車輌用駆動装置にあっては、たとえば、内燃機関の近傍に電動機を配置し、電動機の近傍に電力変換装置を配置することにより、内燃機関、電動機および電力変換装置を一体化させることが望ましい。
【００２５】
このように、内燃機関と電動機とを近接配置し、さらに電力変換装置をこれらの近傍に配置することによって駆動装置を一体化することにより、車輌搭載性に優れた車輌用駆動装置を提供することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。図１は、一般的なエンジンの吸気系の吸気経路を示す模式図であり、本発明に係る車輌用駆動装置における要冷却部品であるインバータのスイッチング素子の熱を放熱する放熱部を配置すべき位置を説明するための図である。また、図２は、本発明の実施の形態における電気駆動装置の回路構成を示す図であり、図３は、図２におけるスイッチングモジュールの構造を示す断面図である。
【００２７】
まず、図１を参照して、内燃機関であるエンジンの吸気系について説明する。吸気系は、エアインレット１と、エアクリーナー２と、エアフロメーター３と、スロットルボデー４と、インテークマニホールド５とから主に構成される。これら吸気系の各構成部品は互いに直接連結されるか、または必要に応じてエアダクトによって連結される。なお、本発明において吸気経路とは、取り込んだ外気を流通させるために吸気系の各構成部品によって構成された外気の流通路のことをいう。
【００２８】
エアインレット１は外気を取り込むための吸気口であり、車輌の進行方向に向かって開口するようにエンジンルーム内の最前列に配置される。エアインレット１から取り込まれた外気はエアクリーナー２へと流入する。エアクリーナー２は、内部に外気浄化手段であるエアフィルター２ａを有しており、このエアフィルター２ａによって外気に含まれている塵や埃が取り除かれる。
【００２９】
エアクリーナー２によって浄化された外気は、外気の流量を検知するエアフロメーター３を経由してスロットルボデー４内へと導かれる。スロットルボデー４内には、外気の流入量を調節するスロットルバルブ４ａが設置されている。スロットルバルブ４ａによって流量が調整された外気は、インテークマニホールド５へと流入する。
【００３０】
インテークマニホールド５は、外気の圧力や流量、温度などの急激な変化を緩和するために設けられた大容量部であるサージタンク５ａと、エンジンＥＧの吸気ポート７へと外気を導く分岐管５ｂとからなる。吸気ポート７の各々には、インジェクタ８が設置されており、このインジェクタ８によって吸気ポート７を流通する外気に燃料が噴射されることによって混合気が形成される。この混合気が燃焼室９に吸入されてピストンによって圧縮され、燃焼することによってクランクシャフトに駆動力が生ずる。燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホールド１０へと達し、排気系へと流入する。
【００３１】
本発明では、この吸気系の吸気経路近傍にインバータの放熱部が配置される。インバータの放熱部は、要冷却部品であるスイッチング素子を冷却するための部位であり、通常放熱板や放熱フィンなどによって構成される。図１において、矢印Ａで表わされる領域は吸気経路を示しており、この領域における吸気経路の内部またはその近傍に放熱部が配置される。これにより、吸気経路内を流通する外気と放熱部とが熱交換可能となり、スイッチング素子の効率的な冷却が可能になる。
【００３２】
ここで、吸気経路の近傍とは、吸気経路内を流通する外気によって冷却が可能となる領域のことを言う。また、吸気経路内またはその近傍に放熱部を配置する態様としては、放熱部を直接吸気系の外壁に接触させて配置する場合や、放熱部が吸気系の吸気経路の内壁を構成するように配置する場合、さらには吸気経路内に完全に放熱部を収容して配置する場合など、種々の態様が考えられる。
【００３３】
より好ましくは、図１において、矢印Ｂで表わされる領域における吸気経路内またはその近傍にインバータの放熱部を配置する。これは、インテークマニホールド５が、吸気系の構成部品のうち最もエンジンＥＧ側に近い位置に配置される部品であるためであり、車輌運転中にエンジンＥＧで発生する熱が伝熱し易いため、車輌走行時に高温になるためである。このため、より効率良くスイッチング素子を冷却するには、図中矢印Ｂで示される領域における吸気経路内または近傍に放熱部を配置することが好ましい。
【００３４】
さらにより好ましくは、図１において、矢印Ｃで表わされる領域の近傍にインバータの放熱部を配置する。エアクリーナー２のエアフィルター２ａにより、外気中に含まれる塵や埃が取り除かれるため、このエアフィルター２ａよりも下流側に位置する吸気経路の内壁には塵や埃が付着することがない。このため、エアフィルター２ａよりも下流側の吸気経路内またはその近傍に放熱部を配置すれば、熱交換を行なう部分の表面積が減少することがないため、長期にわたって安定した冷却性能が維持される。
【００３５】
次に、図２および図３を参照して、本発明におけるインバータについて説明する。まず、図２を参照して、電気駆動装置の回路構成について説明する。図に示すスイッチングモジュール１５はいわゆるＩＰＭであり、要冷却部品であるスイッチング素子１１と、還流用のフリーホイールダイオード１２と、スイッチング制御回路１４とを備える。
【００３６】
図に示すスイッチングモジュール１５は、交流成分の３相にそれぞれ上下アームが構成された計６組のスイッチング素子１１およびフリーホイールダイオード１２を有している。スイッチング素子１１の各々のゲートは、スイッチング制御回路１４に接続される。スイッチング制御回路１４は、図示しないインバータ制御回路を介して同じく図示しないＥＣＵ（Electrical Control Unit）に接続されており、車輌の運転条件に応じてスイッチング素子１１のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。
【００３７】
スイッチングモジュール１５は、外部への接続端子として、直流電力入力側にＰ，Ｎの２つの端子を、交流電力出力側にＵ，Ｖ，Ｗの３つの端子を備えている。このうちＰ，Ｎ端子は、バッテリーＢａｔｔおよび平滑用コンデンサ１６の正極および負極にそれぞれ電気的に接続される。ここで、平滑用コンデンサ１６はスイッチング回路１３に入力される直流電力の平滑化を行なうコンデンサである。一方、Ｕ，Ｖ，Ｗ端子は、電動機であるモータの三相の接続端子に接続される。
【００３８】
次に、図３を参照して、スイッチングモジュールの構造について説明する。スイッチングモジュール１５は、たとえば難燃性の樹脂からなるケーシング１７を備え、その底面には放熱部である放熱板１８を備える。この放熱板１８は、たとえば熱伝導率の高い金属材料によって形成される。この放熱板１８上にはスイッチング素子１１およびフリーホイールダイオード１２が実装される。ケーシング１７には導電材料からなる配線であるバスバー１９が形成されており、スイッチング素子１１等にたとえば金属細線からなるワイヤーボンド２０によって電気的に接続される。
【００３９】
また、スイッチング素子１１のゲートは、ワイヤーボンド２０および導電材料にて形成された端子ピン２１を介して、スイッチング制御回路１４が形成された制御基板２２に電気的に接続される。さらに、スイッチング制御回路１４はハーネス２３によって図示しないインバータ制御回路へと接続される。
【００４０】
上記回路構成および構造により、バッテリーから得られる直流電力をインバータによって交流電力へと逆変換し、この交流電力をモータへと給電することによってモータを駆動することが可能になる。なお、本回路構成を採用した場合には、車輌の制動（回生）時に電動機であるモータを発電機として使用することも可能であり、この場合モータの回転軸に生ずる運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーへと蓄電することが可能になる。このため、以下においては電動機であるモータをモータ／ジェネレータと呼ぶ。
【００４１】
以下においては、上記本発明の具体的な種々の実施形態について、図を用いて詳説する。
【００４２】
（実施形態１）
まず、図４ないし図７を参照して、本発明の実施形態１について説明する。図４は、本発明の実施形態１における車輌用駆動装置の構造を示す概略斜視図である。本実施形態における車輌用駆動装置では、エンジンＥＧと、２つのモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、スイッチングモジュールを内包するインバータボックス２４とが一体的に構成されている。
【００４３】
エンジンＥＧの前面には、モータ／ジェネレータＭＧ１が配置されており、さらにこのモータ／ジェネレータＭＧ１の前面にチェーンドライブスプロケットやプラネタリギア等を含むトランスアクスルＴＡが配置されている。さらに、このトランスアクスルＴＡの前面には、モータ／ジェネレータＭＧ２が配置されている。
【００４４】
２つのモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の上方には、インバータボックス２４が配置されている。このインバータボックス２４内には、インバータのスイッチング回路を内部に含むスイッチングモジュール１５が設置されており（図６参照）、バスバーなどによってモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に接続されている。さらに、このインバータボックス２４の上方には、エンジンＥＧの吸気系の構成部品であるエアクリーナー２が配置されている。このエアクリーナー２の上流側は、エアダクト２５によって図示しないエアインレットに接続されており、下流側は図示しないエアフロメーターやスロットルボデーを介してインテークマニホールド５に接続されている。なお、インテークマニホールド５は、エンジンＥＧの燃焼室へと通じている。
【００４５】
図５は、インバータボックスの拡大斜視図である。インバータボックス２４は、その上面すなわちエアクリーナー２に対向する面に、放熱フィン２６を備えている。インバータボックス２４の材質としては、金属などの熱伝導率に優れた材料が使用される。なお、本実施形態では、インバータボックス２４の上面がエアフィルター２の筐体下面をも兼ねる構成となっている。
【００４６】
図６は、図４および図５におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。図に示すように、インバータボックス２４の内側天面には、スイッチングモジュール１５が設置されている。このとき、スイッチングモジュール１５の放熱部である放熱板１８がインバータボックス２４の上面と接触するように、スイッチングモジュール１５が取付けられる。これにより、放熱板１８とインバータボックス２４の上面とが接触するため、放熱フィン２６もスイッチング素子に生ずる熱を放熱するための放熱部を構成することになる。
【００４７】
エアクリーナー２内にはエアフィルター２ａが充填されている。エアフィルター２ａとインバータボックス２４の上面に設けられた放熱フィン２６とは直接接触しており、この部位において熱交換が行なわれる。このため、エアフィルター２ａの材質としては熱伝導率の高い材料を用いることが望ましい。
【００４８】
本構成のように、インバータの発熱部であるスイッチング素子をエンジンの吸気系の構成部品であるエアクリーナーのエアフィルターと熱交換可能なように、インバータの放熱部をエアクリーナーに接触するように配置することにより、効率良くスイッチング素子を冷却することが可能になる。また、本構成のように、インバータの冷却系としてエンジンの吸気系を用いることにより、車輌用駆動装置の大幅な小型化が可能になる。さらには、本構成のように、エンジン、モータ／ジェネレータおよびインバータを近接配置して一体化することにより、車輌搭載性に優れた車輌用駆動装置を提供することが可能になる。また、モータ／ジェネレータとスイッチングモジュールとを近接配置して一体化することにより、配線インダクタンスの低減も図られる。
【００４９】
なお、エアフィルター２ａは、外気に含まれる塵や埃を回収するためのものであるため、長期の使用によって劣化が生じる。このため、頻繁にエアフィルター２ａを交換または洗浄する必要がある。これに比べインバータの交換やメンテナンスといった作業はさほど頻繁には行なわれない。このため本実施形態の如く、エアクリーナー２をエンジンルームの上方に配置し、下方にスイッチングモジュール１５を配置することにより、スイッチングモジュール１５を取外すことなくエアフィルター２ａの交換等が行なえる構造とすることが望ましい。しかしながら、特にこのような構成に限定されるものではなく、たとえば図７の如く、スイッチングモジュール１５をエアクリーナー２の上方に配置させてもよい。
【００５０】
（実施形態２）
次に、図８ないし図１１を参照して、本発明の実施形態２について説明する。図８は、本発明の実施形態２におけるエアダクトの一部破断斜視図であり、図９は、図８におけるＩＸ−ＩＸ断面図である。本実施形態は、インバータの放熱部をエアダクトに配置した場合の一例を示すものである。
【００５１】
図８および図９に示すように、エアダクト２５の吸気経路２５ａには、放熱ピース２７が内挿されている。放熱ピース２７は金属などの高熱伝導材料を用いて筒状に形成されたものであり、その外周面にはリブ２７ａを複数有している。このリブ２７ａはエアダクト２５の内壁に当接し、これによって放熱ピース２７がエアダクト２５内に固定される。放熱ピース２７の所定位置には、スイッチングモジュール１５を支持するための支持部２７ｂが形成されている。
【００５２】
エアダクト２５の周面の所定位置は、スイッチングモジュール１５を受入れるための切り欠きが設けられており、この切り欠きにスイッチングモジュール１５が嵌め込まれている。この切り欠きは、上述の放熱ピース２７の支持部２７ｂに対向する位置に設けられており、スイッチングモジュール１５をこの切り欠きに嵌め込むことにより、スイッチングモジュール１５の下面である放熱板１８が支持部２７ｂ上に位置するように構成されている。なお、スイッチングモジュール１５とエアダクト２５とは気密にシールされていることが望ましい。
【００５３】
スイッチングモジュール１５の放熱板１８と放熱ピース２７の支持部２７ｂとの間には、たとえばシリコングリースなどの高熱伝導部材が介在される。これにより、放熱板１８と放熱ピース２７の支持部２７Ｂとが熱交換可能となるため、放熱ピース２７もスイッチング素子に生ずる熱を放熱するための放熱部を構成することになる。以上により、スイッチング素子にて発生した熱は、スイッチングモジュール１５の放熱板１８からグリース２８を介して放熱ピース２７へと放熱され、さらに放熱ピース２７と吸気経路２５ａを流通する外気とが熱交換を行なうことにより、スイッチング素子を効率よく冷却することが可能になる。
【００５４】
上記構成により、スイッチング素子をエアダクト内を流通する外気によって高効率に冷却することが可能になると同時に、簡便にインバータの放熱部をエアダクト近傍に設置することが可能になる。
【００５５】
なお、冷却性能のさらなる向上を図るために、図に示すようにスイッチングモジュール１５の放熱板１８下面を凹凸形状とし、放熱ピース２７の支持部２７ｂにこの凹凸形状に対応する放熱フィン２７ｃを設けることが望ましい。また、本実施形態では図示の如く、放熱ピース２７のリブ２７ａ間にも外気を流通させることが可能であるため、スイッチングモジュール１５の側面は直接外気と熱交換することが可能であり、さらなる冷却効果が期待される。さらには、放熱ピース２７の周面に設けられたリブ２７ａをエアダクトの延伸方向に向かって螺旋状に延びるようにすることにより、熱交換を行なう表面積を増大させることが可能になるため、さらなる冷却性能の向上が期待できる。
【００５６】
放熱ピース２７の形状は、特に図８および図９に示した形状に限定されるものではなく、図１０に示すような非筒状に形成されたものであってもよい。また、放熱ピース２７の有効利用や装置の小型化を考えた場合には、複数のスイッチングモジュール１５を放熱ピース２７の周面に配置した図１１のような構造を採用してもよい。
【００５７】
（実施形態３）
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の実施形態３について説明する。図１２は、本発明の実施形態３におけるエアクリーナーの外気の流通方向における断面図であり、図１３は、図１２におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。本実施形態は、エアクリーナーに一体的にインバータを組付けた場合を示すものである。
【００５８】
図１２に示すように、エアクリーナー２は、筐体であるケーシング２ｂ，２ｃを有する。ケーシング２ｂ，２ｃ内にはエアフィルター２ａが配置されており、さらにその下流側近傍に放熱ピース２７が配置されている。図１３に示すように、放熱ピース２７は、エアクリーナー２のケーシング２ｂ，２ｃ内部にまで達すようにジグザグ形状となっている。
【００５９】
このジグザグに形成された放熱ピース２７の内側側面には、要冷却部品であるスイッチング素子１１やフリーホイールダイオード１２が実装された絶縁基板２９が直接実装される。ここで、絶縁基板２９は、その両主面が金属メッキされた絶縁基板が使用される。絶縁基板２９の素子側主面と、スイッチング素子１１等の主表面とは、信号線３０によってエアクリーナー２上部に設置された制御基板２２へと電気的に接続される。さらに、この制御基板２２を覆うようにインバータボックス２４がエアクリーナー２の上部に取付けられる。
【００６０】
本構成のように、エアクリーナーとスイッチング素子を含むインバータとを一体化することにより、効率良くスイッチング素子を冷却することが可能になる。また、本実施形態のような構成にすれば、吸気系の吸気経路においてエアフィルターの下流側に簡便にインバータの放熱部を配置することが可能になる。
【００６１】
（車輌搭載例）
次に、図１４を参照して、エアクリーナーに一体に取付けられたインバータの車輌搭載例を示す。図１４は、本発明に係る車輌用駆動装置のエンジンルーム内への配置例を示した概略図である。
【００６２】
図に示すように、エンジンルームの最前列には、車輌の進行方向に向かって開口するエアインレット１が配置される。エアインレット１は後方に向かって延びており、エアクリーナー２へと外気を供給する。エアクリーナー２の下方には、スイッチングモジュールを含むインバータボックス２４が設置されている。スイッチングモジュールは、上述の実施形態１の如く、エアクリーナー２に面する側にスイッチング素子が実装された放熱板が位置するようにインバータボックス２４内の天面に設置される。さらにインバータボックス２４の下方にはモータ／ジェネレータＭＧが配置される。エアクリーナー２にて、塵や埃が取り除かれた外気は、エアダクト２５およびインテークマニホールド５を介してエンジンＥＧの燃焼室へと到達する。
【００６３】
ここで、エンジンＥＧの前面とモータ／ジェネレータＭＧの前面には、それぞれプーリ３２，３３が取付けられており、それぞれのプーリ３２，３３はエンジンＥＧのクランクシャフトおよびモータ／ジェネレータＭＧの回転軸と接続されている。さらに、これらプーリ３２，３３はタイミングベルト３４を介して接続されている。また、エンジンＥＧのプーリ３２とクランクシャフトとの間には電磁クラッチ（図示せず）が取付けられており、運転状況に合わせて任意に接続／切離しが行なわれる。
【００６４】
上記構成の車輌駆動装置を搭載した車輌では、車輌停止時に電磁クラッチを切り離すことによってエンジンを自動停止（アイドルストップ）させることが可能であり、また、発進時には電磁クラッチを接続することによってモータ／ジェネレータにて車輌を発進させることが可能である。また、車輌停止時には電磁クラッチを切り離すことにより、モータ／ジェネレータにてエアコン用のコンプレッサなどの補記を駆動することも可能である。このような車輌においては、無理なくエアクリーナーの下方にインバータを配置し、さらにその下方にモータ／ジェネレータを配置することが可能であり、インバータの発熱部であるスイッチング素子を効率良く冷却することが可能になる。また、本構成のような車輌においては、走行と同時にエンジンが始動するため、吸気系の吸気経路を用いずに単に走行風にて冷却する構成よりも高い冷却性能を得ることが期待できる。
【００６５】
上記実施形態においては、いずれの場合も放熱部として金属材料からなる放熱板や放熱フィンなどの放熱ブロックを使用したが、特にこれに限定されるものではなく、たとえばヒートパイプや沸騰冷却器を用いることも可能である。沸騰冷却器とは、内部に低沸点の液体が封入された放熱器のことを言う。これらを用いることにより、さらに効率良くスイッチング素子を冷却することが可能になる。
【００６６】
また、上記実施形態においては、インバータの放熱部を設置する位置として、吸気系の吸気経路上のエアクリーナーやエアダクトに設置した場合を例示したが、エアフロメーターやスロットルボデーなどの吸気経路構成部品上に設置することも考えられる。また、冷却性能の劣化を防止するためにはエアフィルター下流側にインバータの放熱部を設けることが好ましいが、たとえばエアインレットなどのエアフィルター上流側の吸気経路構成部品に設置することも可能である。
【００６７】
このように、今回開示した上記実施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。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、別途インバータの冷却系を構成することなく効率良くインバータの発熱部であるスイッチング素子を冷却することが可能になる。このため、インバータ専用の冷却系が不要となり、車輌用駆動装置の省スペース化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態における車輌用駆動装置のインバータの放熱部を設置すべき位置を示す模式図である。
【図２】 本実施の形態におけるインバータの回路構成図である。
【図３】 図２におけるスイッチングモジュールの構造を示す断面図である。
【図４】 本発明の実施形態１における車輌用駆動装置の構造を示す概略斜視図である。
【図５】 図４におけるインバータボックスの拡大斜視図である。
【図６】 図４および図５におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】 本発明の実施形態１における他の変形例を示す車輌用駆動装置の概略断面図である。
【図８】 本発明の実施形態２におけるエアダクトの一部破断斜視図である。
【図９】 図８におけるＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】 本発明の実施形態２における他の変形例を示すエアダクトの概略断面図である。
【図１１】 本発明の実施形態２におけるさらに他の変形例を示すエアダクトの概略断面図である。
【図１２】 本発明の実施形態３におけるエアクリーナーの吸気経路方向の概略断面図である。
【図１３】 図１２におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。
【図１４】 本発明に係る車輌用駆動装置のエンジンルーム内への配置例を示した概略図である。
【符号の説明】
１ エアインレット、２ エアクリーナー、２ａ エアフィルター、２ｂ，２ｃ （エアクリーナーの）ケーシング、３ エアフロメーター、４ スロットルボデー、４ａ スロットルバルブ、５ インテークマニホールド、５ａ サージタンク、５ｂ 分岐管、７ 吸気ポート、８ インジェクタ、９ 燃焼室、１０エキゾーストマニホールド、１１ スイッチング素子、１２ フリーホイールドダイオード、１３ スイッチング回路、１４ スイッチング制御回路、１５ スイッチングモジュール（ＩＰＭ）、１６ 平滑用コンデンサ、１７ （スイッチングモジュールの）ケーシング、１８ 放熱板、１９ バスバー、２０ ワイヤーボンド、２１ 端子ピン、２２ 制御基板、２３ ハーネス、２４ インバータボックス、２５ エアダクト、２５ａ 吸気経路、２６ 放熱フィン、２７放熱ピース、２７ａ リブ、２７ｂ 支持部、２７ｃ 放熱フィン、２８ グリース、２９ 基板、３０ 信号線、３１ エンジンルーム、３２ （エンジンの）プーリ、３３ （モータ／ジェネレータの）プーリ、３３ タイミングベルト、Ｂａｔｔ バッテリー、ＥＧ エンジン、ＭＧ モータ／ジェネレータ、ＴＡ トランスアクスル。
Claims (3)
- 内燃機関と、直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路を含む電力変換装置からの通電電流によって駆動する電動機とを備え、前記内燃機関と前記電動機とを動力源として併用する車輌用駆動装置であって、
前記電力変換装置は、前記スイッチング回路を構成するスイッチング素子と、前記スイッチング素子を動作させることによって生ずる熱を外部へと放出するための放熱部とを含み、
前記内燃機関の燃焼室へ外気を供給する吸気系の吸気経路内には、取り込んだ外気を浄化する外気浄化手段が設置されており、
前記吸気系は、前記外気浄化手段が収容されたエアクリーナを含み、
前記放熱部は、前記エアクリーナの筐体の内部に配置され、かつ前記外気浄化手段より下流側に位置する前記吸気経路の内壁の一部を構成するようジグザグ形状に形成され、
前記スイッチング素子は、前記エアクリーナの筐体の内部でかつ前記放熱部のうちの前記吸気経路を構成する壁面の裏面に配置されている、車輌用駆動装置。 - 前記外気浄化手段は、エアフィルターである、請求項１に記載の車輌用駆動装置。
- 前記内燃機関の近傍に前記電動機を配置し、前記電動機の近傍に前記電力変換装置を配置することにより、前記内燃機関、前記電動機および前記電力変換装置を一体化させたことを特徴とする、請求項１または２に記載の車輌用駆動装置。
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