JP4591428B2 - 車両の駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の駆動装置に関し、より特定的には、リアクトルを構成部品として含む車両の駆動装置に関する。

車両の駆動装置の一種として、モータを車両駆動力源として備えたハイブリッド車の駆動装置において、電池の出力電圧を昇圧コンバータによって昇圧してモータ駆動に用いる構成が知られている。たとえば、特開２００３−１３４６０６号公報（特許文献１）には、リアクトルを構成要素とする昇圧コンバータを備えたハイブリッド車の駆動装置が開示されている。

一般にリアクトルは、インダクタンスを確保するために、磁性体で構成されたコアの周囲にコイルを巻回した構成とされる。このような構成では、リアクトルにおける電磁エネルギ変換に伴いコアが発熱し、コイルは通電電流のジュール熱により発熱する。これらの発熱によるリアクトルの温度上昇により、昇圧コンバータでの電圧変換効率の低下が懸念されるため、リアクトル放熱機構が必要とされる。

一例として、特開２００２−２１７０４０号公報（特許文献２）には、リアクトルを含む静止誘導電気機器について、コア（鉄心）の外面に熱伝導板によって形成された放熱フィンを設けることにより、鉄心の冷却効率を向上させる構成が開示されている。

また、車両搭載部品の小型化はどのようなタイプの車両にとっても共通の課題であるところ、ハイブリッド車両では、インバータおよびモータを１つのケースに収めて一体化することによって駆動装置の小型化を図る技術が、特開２００４−３４３８４５号公報（特許文献３）に開示されている。
特開２００３−１３４６０６号公報 特開２００２−２１７０４０号公報 特開２００４−３４３８４５号公報

しかしながら、特許文献２に開示されたリアクトル（静止誘導電気機器）の放熱機構では、コアの外面に新たにフィンを設けた放熱用熱伝導板を設けるので、リアクトルが大型化してしまう。このため、特に車両搭載性が重視される車両の駆動装置の構成部品としての昇圧コンバータへの適用には問題がある。

また、特許文献３に開示された、モータおよびモータ駆動のための電気回路群（インバータ）を一体化する構成では、昇圧コンバータの存在について特に言及されていない。すなわち、このような一体化構成において、リアクトルの効率的な配置および冷却性確保をどのようにして両立するかという課題の認識を欠いている。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、回転電機および回転電機を駆動するための電気回路群（コンバータ，インバータ等）を一体化した車両の駆動装置において、リアクトルの冷却性を確保することである。

本発明による車両の駆動装置は、回転電機と、パワー制御ユニットと、ケースとを備える。パワー制御ユニットは、回転電機の制御を行なうように構成され、ケースは、回転電機およびパワー制御ユニットを収容する。パワー制御ユニットは、回転電機を駆動するインバータと、電源電圧を昇圧してインバータに与えるための電圧コンバータとを含む。電圧コンバータは、リアクトルを含んで構成される。特に、ケースは、リアクトルを収容する第１の収容室を含むように構成され、この第１の収容室は、回転電機の回転によって汲み上げられた熱伝達剤が開口部より流入し、かつ、流入した該熱伝達剤によりリアクトルの少なくとも一部が浸漬されるような形状で設けられる。

上記車両の駆動装置によれば、回転電機の回転に伴って供給される冷媒に、収容室内リアクトルを浸漬させることができる。したがって、新たな冷媒（熱伝達剤）の供給機構を設けることなく、リアクトルの冷却構成を実現することができ、さらに、単にリアクトルに冷媒を掛け流す構成と比較して、リアクトルの冷却能力を高めることができる。

好ましくは、収容室には、熱伝達剤を回転電機側へ排出する孔が設けられる。
このような構成とすることにより、収容室内の熱伝達剤に流動性が与えらるため、冷却能力を向上することができる。

また好ましくは、リアクトルは、少なくとも一部の部位に放熱フィンが形成されたコアと、コアに巻回されるコイルとを含む。さらに、収容部は、コイルの略全部とコアの一部とが流入した熱伝達剤により浸漬されるような形状で設けられ、リアクトルは、コイルでの発熱がコアでの発熱よりも大きくなるように設計される。たとえば、コアの材質および断面積ならびに、コイルの材質（単位長抵抗）および巻数の設計により、上記のような発熱特性が実現される。

このような構成とすることにより、熱伝達剤が導入される開口部を広く確保した上で、発熱大の部分を十分冷却してリアクトルの冷却能力を確保できる。

さらに好ましくは、熱伝達剤は、回転電機の潤滑および冷却を行なう潤滑油である。潤滑油は、ケースにより封入された空間内を循環され、かつ、循環される経路の少なくとも一部でケースと接触する。

これにより、回転電機の潤滑油を冷媒として、すなわち、リアクトルコア冷却用の冷媒（たとえば冷却水等）を新たに用いることなく、駆動装置体格の大型化を回避してリアクトルの冷却能力を確保できる。また、熱容量が大きいケースとの熱交換により熱伝達剤の温度上昇が抑制されるので、リアクトルの冷却能力を確保することができる。

この発明による車両の駆動装置によれば、回転電機および回転電機を駆動するための電気回路群（コンバータ，インバータ等）を一体化収容した構造において、リアクトルの冷却性を確保できる。

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

以下の説明で明らかとなるように、本発明は車両の駆動装置に搭載されたリアクトルの構造およびその冷却系構成に向けられている。本実施の形態では、リアクトルを構成部品として含む車両の駆動装置の代表例として、「回転電機」であるモータおよび内燃機関（エンジン）を車両駆動力源として備えるハイブリッド車両の駆動装置の好ましい構成についてまず説明する。以下に説明するハイブリッド車両の駆動装置は、モータ（以下、モータジェネレータとも称する）と、当該モータジェネレータを駆動するインバータおよびリアクトルを構成部品として有するコンバータを含む電気回路系とが同一ケース内に収容されて一体化された小型化に適した構成を有している。

ただし、本発明の適用は、以下に説明するような駆動装置を搭載したハイブリッド車両に限定されるものではなく、リアクトルを構成部品として含む車両の駆動装置であれば、任意の構成のハイブリッド車両および電気自動車等に本発明を適用可能である点について確認的に記載しておく。

［車両の構成要素の説明］
図１は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両１００のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。

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

駆動装置２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構ＰＳＤと、減速機ＲＤと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット２１とを備える。

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

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

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

電池ユニット４０には端子４１，４２が設けられている。また駆動装置２０には端子４３，４４が設けられている。車両１００は、さらに、端子４１と端子４３とを結ぶパワーケーブル６と、端子４２と端子４４とを結ぶパワーケーブル８とを含む。

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

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

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

パワー制御ユニット２１は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応して設けられるインバータ２２，１４と、インバータ２２，１４に共通して設けられる昇圧コンバータ１２とを含む。

昇圧コンバータ１２は、端子４３，４４間の電圧を昇圧する。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

昇圧コンバータ１２は、一方端が端子４３に接続されるリアクトルＬ１と、昇圧後の電圧ＶＨを出力する昇圧コンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２と、平滑用コンデンサＣ２とを含む。平滑用コンデンサＣ２は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。

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

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

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

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

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

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

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

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

［一体化構造における構成要素の配置説明］
次に、モータジェネレータを駆動するインバータおよびコンバータを一体的に収容する駆動装置での各構成要素の配置について説明する。

図３は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動装置２０の外観を示す斜視図である。図４は、駆動装置２０の平面図である。

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

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

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

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

パワー素子基板１２０にはモータジェネレータＭＧ１を制御するインバータ２２と、モータジェネレータＭＧ２を制御するインバータ１４と、昇圧コンバータのアーム部１３とが搭載されている。

インバータ１４とインバータ２２との間の領域には上下に重ねて配置された電源用バスバーが設けられている。インバータ１４のＵ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、Ｗ相アーム１７からはそれぞれ１本ずつのバスバーがモータジェネレータＭＧ２のステータコイルとの接続用端子台１１６に向けて設けられている。同様にインバータ２２からも３本のバスバーがモータジェネレータＭＧ１のステータコイルとの接続用端子台１１８に向けて設けられている。モータジェネレータＭＧ２のステータコイル側の端子台１１８と端子台１１６との間は、パワーケーブルあるいはバスバーにより接続される。図示を省略しているが、モータジェネレータＭＧ１のステータコイルに対しても端子台が設けられている。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

すなわち、車両の駆動装置は、モータジェネレータＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット２１と、モータジェネレータＭＧ２およびパワー制御ユニット２１を収容するケースとを備える。パワー制御ユニット２１は、モータジェネレータＭＧ２を駆動する第１のインバータと、リアクトルＬ１を含んで構成されて電源電圧を昇圧して第１のインバータに与える電圧コンバータとを含む。

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

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

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

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

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

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

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のステータ下部にはオイルパン４００が設けられている。オイルパンに蓄えられた潤滑油は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転により、あるいは、これに伴って回転するギヤ群により汲み上げられて、各部へ供給される。潤滑油は、ケース１０２により封入された空間内を循環される。この潤滑油は、各部との間で熱伝達を行なう熱伝達剤、より具体的には、冷媒としての機能を併せ持っている。すなわち、潤滑油は、本実施の形態での「熱伝達剤」に相当する。

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

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

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

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

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

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

図９は、ケースを回転軸方向から投影した場合に、ケース輪郭と内部に収容される部品とを示した図である。

図９において、車両の駆動装置のケース内部に、内燃機関のクランクシャフトが結合されるダンパ１２４と、ダンパ１２４の回転軸とその回転軸が重なるように配置されるロータおよびロータの周囲に配置されるステータを有するモータジェネレータＭＧ２と、ダンパ１２４からのトルクおよびモータジェネレータＭＧ２からのトルクを受ける動力分割機構ＰＳＤと、ダンパ１２４の回転軸と略平行にずれた回転軸を有し、動力分割機構ＰＳＤからのトルクが伝達される減速ギヤＲＧと、ダンパ１２４の回転軸と略平行にずれた回転軸を有し、減速ギヤＲＧと噛み合い車輪にトルクを伝達するディファレンシャルギヤＤＥＦと、モータジェネレータＭＧ２の制御を行なう基板１２０、リアクトルＬ１およびコンデンサＣ２を含むパワー制御ユニット２１とが示されている。ケースは、ダンパ１２４、モータジェネレータＭＧ２、減速ギヤＲＧ、ディファレンシャルギヤＤＥＦおよびパワー制御ユニット２１を収容する。

図９に示されるケースを回転軸方向から投影した投影図において、車両駆動装置を車両に搭載したときの水平方向の寸法はＸ３である。そして、寸法Ｘ３は、ディファレンシャルギヤＤＥＦを収容するケース部分の外縁とダンパ１２４を収容するケース１０４の外縁とで両端が定まっている。したがって、パワー制御ユニットを構成するコンデンサＣ２、基板１２０およびリアクトルＬ１は、寸法Ｘ３の内側にあることがわかる。

また図９において、車両駆動装置を車両に搭載したときの鉛直方向（高さ方向）の寸法はＹ３である。この寸法Ｙ３の下端は、ケースのディファレンシャルギヤＤＥＦを収容する部分の外縁で定まっている。また、寸法Ｙ３の上端は、ケースのダンパ１２４を収容する部分の外縁で定まっている。したがって、パワー制御ユニット２１を構成するコンデンサＣ２、基板１２０およびリアクトルＬ１は、寸法Ｙ３の内側に配置されていることがわかる。

ケースを回転軸方向から投影した場合に、ケースのパワー制御ユニット２１を収容する部分の投影部の車両搭載時の高さが、残りのケースの空間、すなわち、ダンパ１２４、モータジェネレータＭＧ２、減速ギヤＲＧおよびディファレンシャルギヤＤＥＦを収容する部分の投影部の車両搭載時の高さを少なくとも超えないように、ケースが構成されパワー制御ユニット２１が配置される。これにより、車両の重心を低くすることができ、走行安定性を増すことができる。

また、車両搭載時の水平方向において、ケースのパワー制御ユニット２１を収容する部分の投影部の位置が残りのケースの空間の投影部の内側に位置するように、ケースが構成されパワー制御ユニット２１が配置される。これにより、車両駆動装置の体格を小さくしている。

図１０は、ケースを回転軸方向と直交し、かつ鉛直方向に直交する方向から投影した場合に、ケース輪郭と内部に収容される部品とを示した図である。

図１０を参照して、車両搭載時の鉛直方向に直交する方向の寸法Ｘ３も両端が、ケースのモータジェネレータＭＧ２を収容する部分の蓋の外縁とケースのダンパ１２４を収容する部分の外縁とで定まり、パワー制御ユニットを構成するコンデンサＣ２、基板１２０およびリアクトルＬ１は、寸法Ｚ３の内側にあることがわかる。

つまり、図９で説明したように鉛直方向（高さ方向）の寸法Ｙ３がダンパ１２４、モータジェネレータＭＧ２、減速ギヤＲＧおよびディファレンシャルギヤＤＥＦを収容する部分によって定まる。また、図１２において基板１２０、リアクトルＬ１およびコンデンサＣ２を含むパワー制御ユニット２１を収容する部分は、回転軸方向と直交し、かつ車両搭載時の鉛直方向に直交する方向から投影した場合に、その投影部が残りのケースの空間、すなわち、ダンパ１２４、モータジェネレータＭＧ２、減速ギヤＲＧおよびディファレンシャルギヤＤＥＦを収容する部分の投影部に含まれるように設けられる。

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

特に、図９に示すようにモータジェネレータＭＧ２に対し、片側の空きスペースを使用するだけでなく、両側の空きスペースにリアクトルＬ１とコンデンサＣ２とをそれぞれ配置することにより、モータジェネレータＭＧ２に対する重さのバランスが良くなるとともに、さらなる省スペース化を図ることができる。

なお、動力分割機構ＰＳＤと、動力分割機構ＰＳＤからのトルクが伝達される減速ギヤＲＧと、減速ギヤＲＧと噛み合い車輪にトルクを伝達するディファレンシャルギヤＤＥＦとは、全体として、エンジンの発生した動力にモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生した動力を合成して駆動軸に伝達する「動力伝達機構」に相当する。また、減速ギヤＲＧおよびディファレンシャルギヤＤＥＦはいずれも、動力分割機構ＰＳＤからのトルクが伝達される動力伝達ギヤに相当する。しかし、減速ギヤＲＧおよびディファレンシャルギヤＤＥＦは必須ではなく、本願発明は、減速ギヤＲＧの無い構成や、ディファレンシャルギヤＤＥＦが駆動装置に一体化されない後輪駆動の構成の車両にも適用が可能である。

さらに、本願発明は、エンジンの加速時等にモータでアシストするようなパラレルハイブリッドにも適用が可能であり、またモータを駆動装置に１つしか一体化させていない構成にも適用が可能である。

［リアクトルコアへの冷媒供給構成］
次に、本実施の形態による駆動装置におけるリアクトルコアへの冷媒供給構成について説明する。

図１１は、リアクトルの冷却構成を説明するための図４のＸＩ−ＸＩにおける部分断面図である。図１１には、パワー制御ユニット２１を収容する収容部分のうちのリアクトルＬ１およびその収容室３００の断面が示されている。

図１１を参照して、リアクトルＬ１の収容室３００は、ケース１０２のモータジェネレータＭＧ２をする収容部分と連通した空間により設けられる。収容室３００は、モータジェネレータＭＧ２の収容部分との隔壁３１０を有する。隔壁３１０は、収容室３００の天井部３３０と隔壁３１０との間に、開口部３４０が確保されるように設けられる。

モータジェネレータＭＧ２の回転によって汲み上げられた潤滑油は、矢印Ｆ１に示すように開口部３４０から、あるいは、矢印Ｆ２に示すように天井部３３０を介して、収容室３００内に流入する。隔壁３１０を設けることにより、収容室３００には流入した潤滑油が蓄えられるため、リアクトルＬ１の少なくとも一部が潤滑油に浸漬される。

これにより、モータジェネレータ系の潤滑油を冷媒として、モータジェネレータＭＧ２の回転に伴ってリアクトルＬ１へ供給することにより、新たな冷媒供給機構を設けることなくリアクトルＬ１の冷却構成を実現することができる。また、冷媒として用いる潤滑油は、ケース１０２により封入された空間内を循環される際に、循環経路の少なくとも一部にて熱容量の大きいケース１０２とも接触して熱交換を行なうので、冷媒の温度上昇が抑制されることにより、リアクトルの冷却能力を確保することができる。

特に、隔壁３１０を設けることなく、単に、モータジェネレータＭＧ２の回転によって汲み上げられた潤滑油をリアクトルＬ１に掛け流す構成と比較して、リアクトルＬ１を均一に冷却できるのでその冷却能力が向上される。

さらに、隔壁３１０に、オイル抜き孔３２０を設けることにより、矢印Ｆ３に示すように、収容室３００内の潤滑油をモータジェネレータＭＧ２側（オイルパン４００）へ向けて排出することができる。これにより、収容室３００内の潤滑油に流動性が与えられるので、リアクトルＬ１と接する潤滑油が順次交換されてその温度上昇が抑制されるので、リアクトルの冷却能力をさらに向上することができる。なお、流量を制限するオリフィスの役目を果たすように考慮してオイル抜き孔３２０の径を設計することにより、収容室３００内でリアクトルＬ１が潤滑油に浸漬する状態に保つことが可能である。

なお、潤滑油を導入するための開口部３４０を確保するために収容室３００の寸法の高さ方向への増大を抑制するために、隔壁３１０の高さを、コイル２１４が潤滑油に浸漬可能なレベルとし、コア２１２の一部（上部）については浸漬状態とならないような設計とすることも可能である。この場合には、コアの材質および断面積ならびに、コイルの材質（単位長抵抗）および巻数の設計により、コイル２１４での発熱がコア２１２での発熱よりも大きくなるようにリアクトルＬ１を設計することによって、リアクトルＬ１の冷却能力を確保できる。

なお、モータジェネレータＭＧ２の回転によって汲み上げられた潤滑油が、開口部３４０より収容室３００へ直接導入される構成としているので、汲み上げられた潤滑油を受け止めて収集する樋状の機構を設ける構成と比較して、収容室３００の高さ方向の寸法を縮小できる。これにより、リアクトルＬ１の配置がさらに効率的なものとなっている。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、モータジェネレータおよびモータジェネレータ駆動のためのインバータおよび昇圧コンバータを一体的に収容した駆動装置を実現するとともに、一体化構造においても、限られたスペースに効率的に配置されたリアクトルコアの放熱性を高めることができる。さらに、リアクトルＬ１と接触する冷媒（熱伝達剤）が、一体化収容のための熱容量の大きいケースとも接触するように冷却系を構成することにより、リアクトルの温度上昇を抑えて昇圧コンバータの効率低下を回避することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。 図１における動力分割機構および減速機の詳細を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動装置の外観を示す斜視図である。 図３に示した駆動装置の平面図である。 駆動装置を図４のＸ１方向から見た側面図である。 図４のＶＩ−ＶＩ断面における断面図である。 図４のＸ２方向から駆動装置を見た側面図である。 図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにおける断面図である。 ケースを回転軸方向から投影した場合に、ケース輪郭と内部に収容される部品とを示した図である。 ケースを回転軸方向と直交し、かつ鉛直方向に直交する方向から投影した場合に、ケース輪郭と内部に収容される部品とを示した図である。 リアクトルの冷却構成を説明するための図４のＸＩ−ＸＩにおける部分断面図である。

符号の説明

４ エンジン、６，８ パワーケーブル、１０ 電圧センサ、１１，２４ 電流センサ、１２ 昇圧コンバータ、１３ アーム部、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２０ 駆動装置、２１ パワー制御ユニット、３０ 制御装置、３１，３６ ステータ、３２，３７ ロータ、３３，３８ ステータコア、３４，３９ 三相コイル、４０ 電池ユニット、４１，４２，４３，４４ 端子、５０ クランクシャフト、５１，６２ サンギヤ、５２ リングギヤ、５３，６４ ピニオンギヤ、５４，６６ プラネタリキャリヤ、６０ シャフト、６８ リングギヤ、７０ カウンタドライブギヤ、７１，７２，２１２ 蓋、７３，７４，７５，７６，７７，７８ ボールベアリング、７９，８０ ニードルベアリング、８１ オイルシール、１００ ハイブリッド車両、１０２，１０４ ケース、１０５，１０６ フランジ、１０８，１０９，１１１ 開口、１１２ 冷却水出口、１１４ 冷却水入口、１１６，１１８ 端子台、１２０ パワー素子基板、１２１ 制御基板、１２２ 水路、１２４ ダンパ、１２８ バスバー、１３０ 回転軸、１３２ カウンタドリブンギヤ、１３３ ファイナルドライブギヤ、２００，２０２，２０３ 隔壁、２１２ コア、２１４ コイル、３００ リアクトル収容室、３１０ 隔壁（収容室）、３２０ オイル抜き孔、３３０ 天井部、３４０ 開口部、４００ オイルパン、Ｂ バッテリ、Ｃ２ 平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＤＥＦ ディファレンシャルギヤ、Ｆ１〜Ｆ３ 矢印（潤滑油）、Ｌ１ リアクトル、ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２ モータ電流値、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＭＲＮ１，ＭＲＮ２ モータ回転数、ＰＳＤ 動力分割機構、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、Ｒ 制限抵抗、ＲＤ 減速機、ＲＧ 減速ギヤ（動力伝達）、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３ システムメインリレー、ＴＲ１，ＴＲ２ トルク指令値、Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３ 寸法。

Claims (4)

1. 回転電機と、
   前記回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットと、
   前記回転電機および前記パワー制御ユニットを収容するケースとを備え、
   前記パワー制御ユニットは、
   前記回転電機を駆動するインバータと、
   リアクトルを含んで構成された、電源電圧を昇圧して前記インバータに与えるための電圧コンバータとを含み、
   前記ケースは、前記リアクトルを収容する第１の収容室を含み、
   前記第１の収容室は、回転電機の回転によって汲み上げられた熱伝達剤が開口部より流入し、かつ、流入した該熱伝達剤により前記リアクトルの少なくとも一部が浸漬されるような形状で設けられる、車両の駆動装置。
2. 前記収容室には、前記熱伝達剤を前記回転電機側へ排出する孔が設けられる、請求項１記載の車両の駆動装置。
3. 前記リアクトルは、
   少なくとも一部の部位に放熱フィンが形成されたコアと、
   前記コアに巻回されるコイルとを含み、
   前記収容部は、前記コイルの略全部と前記コアの一部とが流入した熱伝達剤により浸漬されるような形状で設けられ、
   前記リアクトルは、前記コイルでの発熱が前記コアでの発熱よりも大きくなるように設計される、請求項１記載の車両の駆動装置。
4. 前記熱伝達剤は、前記回転電機の潤滑および冷却を行なう潤滑油であり、
   前記潤滑油は、前記ケースにより封入された空間内を循環され、かつ、循環される経路の少なくとも一部で前記ケースと接触する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の駆動装置。

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