JP4696885B2 - 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、特にインバータとモータを１つのケースに収めた車両の駆動装置に関する。

現状のハイブリッド車は、インバータの大きな箱型ケースがあり、それがシャーシに固定されその下にモータケース（トランスアクスル）が配置されるという構成をとっているものが多い。なるべく多くの車種に搭載することができるハイブリッド車両の駆動装置について考慮すると、ケースが２個の構成であると車種ごとにその配置が最適化されることになり部品の共通化が図りにくい。

本来、組合せて動作することが必要なユニットは１つのケースに収めて一体化してしまうことが望ましい。特開２００１−２３８４０５号公報（特許文献１）および特開２００４−３４３８４５（特許文献２）には、モータとインバータとを一体化したハイブリッド車両の駆動装置が開示されている。

モータとインバータとを１つのケースに一体化した場合、モータを駆動することによって、ケースの内部ではモータが発熱するとともに、インバータが自身のパワー素子の発熱により温度上昇する。さらに、インバータにおいては、モータからの熱をケースを介して受けることになるため、その温度上昇率は、モータと分離させて配置した場合に対して高くなる。したがって、モータおよびインバータを効率良く冷却することが不可欠となる。

たとえば特許文献１は、電動機と、電動機を収容する駆動装置ケースと、電動機を制御するために駆動装置ケースに取り付けられたインバータと、電動機を冷却する冷媒の流路とを備える駆動装置を開示する。具体的には、インバータは、隔壁を介して駆動ケースに取り付けられる。そして、隔壁と駆動装置ケースとの間には、隔壁側に面する第１の室と駆動装置ケース側に面する第２の室とが冷媒の流路に連通させて２層に形成される。

これによれば、隔壁と駆動装置ケースとの間に形成された第１および第２の室が２層の冷却流路を構成することから、冷却流路を流れる冷媒を、電動機からインバータへ伝わる熱の２段階の遮断手段として作用させることができる。
特開２００１−２３８４０５号公報 特開２００４−３４３８４５号公報 特開平７−３５７８４号公報 特開２００４−３１９６１２号公報

しかしながら、特許文献１に開示される車両の駆動装置においては、電動機からの熱が電動機とインバータとを接続するための電力線を介してインバータに伝達される可能性については考慮されていない。

すなわち、電動機とインバータとは、省スペース化を考慮して、１つのケースの内部でできる限り短い配線距離の電力線によって結合されることになる。これは、省スペース化を実現する一方で、熱が電力線を介して略直接的に伝達されるという弊害をもたらす。特に、電動機とインバータとの接続部材として端子台を用いた場合には、端子台に蓄えられた熱がインバータに伝達することを回避することができない。

この発明の目的は、インバータが一体化されて小型化され、かつ、インバータを熱的保護が可能な車両の駆動装置を提供することである。

この発明によれば、車両の駆動装置は、回転電機と、回転電機の潤滑および冷却を行なう潤滑油の循環機構と、回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットと、回転電機とパワー制御ユニットとを電気的に接続するための接続部材と、回転電機、循環機構、パワー制御ユニットおよび接続部材を収容し、循環経路が設けられたケースとを備える。接続部材は、潤滑油との熱交換により冷却される。

上記の車両の駆動装置によれば、回転電機で発生した熱が接続部材を伝わってパワー制御ユニットに流れ込むのが阻止されるため、パワー制御ユニットを回転電機と一体化したことによる熱的影響からパワー制御ユニットを保護することができる。また、上記の従来の駆動装置のように電動機からパワー制御ユニットへ伝わる熱の遮断手段を大型化しなくても冷却が可能となることから、重心を低くできるとともに、省スペース化さらには設計配置の自由度を向上させることができる。

好ましくは、接続部材は、ケースと一体的に設けられ、パワー制御ユニットから電力を供給するための電力線と回転電機とを電気的に接続するための端子台を含む。

上記の車両の駆動装置によれば、回転電機からの熱により端子台が蓄熱することに起因してパワー制御ユニットが熱故障を起こすのを回避することができる。

好ましくは、ケースは、循環経路上の下流に配置されたオイルパンを含む。循環機構は、回転電機の回転に応じてオイルパンから潤滑油を汲み上げて循環経路の接続部材の上流部に送る機構を含む。

上記の車両の駆動装置によれば、接続部材に伝わった熱を潤滑油に効率良く放熱させることができる。

好ましくは、循環機構は、潤滑油に浸漬され、回転電機の回転に応じて回転するギヤと、ギヤの掻き揚げる潤滑油を受け止めて接続部材の上流部に送るオイルキャッチ板とを含む。

上記の車両の駆動装置によれば、潤滑油を効果的に接続部材に接触させることができるため、冷却効率を高めることができる。

好ましくは、循環機構は、回転電機の回転に応じてオイルパンから潤滑油を汲み上げて循環経路の接続部材の上流部に送るポンプ機構を含む。

上記の車両の駆動装置によれば、オイルパンから汲み上げられた潤滑油を効果的に接続部材に接触させることができるため、冷却効率を高めることができる。

この発明によれば、車両の駆動装置は、回転電機と、回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットと、パワー制御ユニットの冷却を行なう冷却媒体を通流させる流通機構と、回転電機とパワー制御ユニットを電気的に接続するための接続部材と、回転電機、循環機構、パワー制御ユニットおよび接続部材を収容し、循環経路が設けられたケースとを備える。接続部材は、冷却媒体との熱交換により冷却される。

上記の車両の駆動装置によれば、パワー制御ユニットの冷却系統を用いてパワー制御ユニットと接続部材とを一括して冷却することから、回転電機から伝搬される熱からパワー制御ユニットを保護することができる。

本発明によれば、インバータに一体化されて小型化され、かつ、インバータを熱的保護が可能な車両の駆動装置を実現することが可能となる。

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。

［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、電池ユニット４０と、駆動装置２０と、制御装置３０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４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４、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。

なお減速機の回転軸は、後に説明するように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。

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。

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部１０８が設けられている。この開口部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、この開口部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のステータコイルにつながる端子台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のステータコイルにつながる端子台１１８に向けて設けられている。

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、フランジ部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部１０９が設けられており、この開口部１０９は車両搭載状態においては蓋により閉じられている。

開口部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を収容する収容室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つの空間を仕切る仕切り壁部２００が設けられている。この仕切り壁部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からは図示しないが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の内周には、ロータ３７、ケースの隔壁２０２およびロータの中空のシャフト６０が配置されている。

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、図８を参照して、エンジンのクランクシャフト５０はダンパー１２４に接続され、ダンパー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ー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ー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。ダンパー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の回転軸をダンパー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を見ればわかるように、モータジェネレータＭＧ１およびダンパー１２４はケース１０４の図右方向の開口部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の左方向の開口部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。

ケース１０２の開口部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の開口部１１１の奥には蓋７２が設けられ、モータジェネレータ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、ダンパー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ー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のリングギヤと動力分割機構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２１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８において、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がもうけられている、車両停止時においてしばらく静止状態であった場合のオイルレベルＬＶＳと、走行時において潤滑油が各部を潤滑している場合のオイルレベルＬＶＤが示されている。

図９は、図４のＩＸ−ＩＸにおける断面を示した断面図である。
図９を参照して、パワー制御ユニット２１を収容する収容室においてはリアクトルＬ１の断面が示されている。リアクトルＬ１は、たとえば電磁鋼板が積層されたコアにコイルが巻回された構造を有する。

そしてリアクトルＬ１に近接して、図６で示された動力伝達減速ギヤＲＧの回転軸１３０が配置され、動力伝達減速ギヤＲＧのカウンタドリブンギヤ１３２が中央部に示される。このカウンタドリブンギヤ１３２は図２のカウンタドライブギヤ７０と噛み合う。そしてこのカウンタドリブンギヤ１３２の同軸上にファイナルドライブギヤ１３３が設けられ、これに噛み合うファイナルドリブンギヤであるディファレンシャルギヤＤＥＦがその下方に示されている。

［冷却系の説明］
図１０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を潤滑および冷却する潤滑油の循環経路を示した断面図である。

図１０を参照して、モータジェネレータＭＧ２を収容する収容室とパワー制御ユニット２１を収容する収容室との境界部分と、動力伝達減速ギヤＲＧおよびディファレンシャルギヤＤＥＦを収容する部分の各ケース部分断面が示されている。

図１１は、図１０のＸＩ‐ＸＩにおける部分断面図である。
図１０、図１１を参照して、ケース１０２には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の２つの空間を仕切る障壁２００が設けられている。この障壁２００の上面部分にはパワー制御ユニット２１を冷却するための水路１２２が設けられる。

そして、障壁２００の一部にはオイル通路３７６が設けられる。オイル通路３７６は、水路１２２とモータジェネレータＭＧ２を収容する収容室との間であって、端子台１１６，１１８に接するように配される。オイル通路３７６は、オイル溜り３７０およびモータジェネレータＭＧ２の収容室と連通している。

潤滑油は、ケース底部にオイルレベルＯＬまで貯蔵されている。このケース底部はオイルパンに該当する。なお、ケース底部に別途オイルパンを取り付けるような構造にしても良い。ロータ３７の回転等に応じて図２のカウンタドライブギヤ７０が回転される。カウンタドライブギヤ７０によってカウンタドリブンギヤ１３２が回転され、カウンタドリブンギヤ１３２の回転に応じてディファレンシャルギヤＤＥＦが回転する。

すると図１０の矢印に示すようにディファレンシャルギヤＤＥＦが潤滑油をはね上げる。ケースの上部にはオイルキャッチ板３８６が設けられており、ディファレンシャルギヤＤＥＦによって掻き揚げられた潤滑油はオイル溜り３７０に溜められる。オイル溜り３７０は、潤滑油の循環経路において端子台１１６，１１８よりも上流部に位置する。オイル溜り３７０にはオイル出口３７２が設けられており、オイル出口３７２は、図１１に示すようにオイル通路３７６へのオイル入口３７４に通じている。

オイル通路３７６には端子台１１６，１１８が配されている。これにより、モータジェネレータＭＧ２のステータコイルのバスバーから端子台１１６に伝えられ、端子台１１６に蓄積された熱は、潤滑油に放熱される。同様に、モータジェネレータＭＧ１のステータコイルのバスバーから端子台１１８に伝えられ、端子台１１８に蓄積された熱は、潤滑油に放熱される。その後潤滑油は、障壁２００に設けられたオイル出口３８０を通りステータ３６の上部に注がれる。そして、潤滑油はステータ３６の外周に沿って流れ、再びケースの底部に戻される。

以上に説明したように、モータジェネレータを駆動するときにモータジェネレータで発生した熱を受けて高温となる端子台１１６，１１８を、潤滑油を利用して冷却する。これにより、端子台１１６，１１８に蓄積された熱がインバータ１４，２２のバスバーを介してパワー素子部分に伝わるのを防止することができる。

したがって、モータジェネレータとインバータとを一体化したことに伴なって、インバータの冷却水の経路を大型化しなくても冷却が可能となり、重心を低くできるとともに、省スペース化さらには設計配置の自由度を向上させることができる。

なお、図１０および図１１のディファレンシャルギヤＤＥＦおよびオイルキャッチ板３８６が、この発明による車両の駆動装置における「潤滑油の循環機構」に相当し、オイル溜り３７０およびオイル通路３７６が、この発明による車両の駆動装置における「潤滑油の循環経路」の一部に相当する。

また、「潤滑油の循環機構」のうちディファレンシャルギヤＤＥＦが、「回転電機の回転に応じてオイルパンから潤滑油を汲み上げて循環経路の接続部材の上流部に送る機構」に相当する。

図１２は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を潤滑および冷却する潤滑油の循環経路の第２の例を示した断面図である。

図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける部分断面図である。
図１２、図１３に示すように、ディファレンシャルギヤＤＥＦによって掻き揚げられたオイルは、カウンタドリブンギヤ１３２の潤滑を行なう。その後、カウンタドリブンギヤ１３２によってその潤滑油の一部は、さらにはね上げられてオイルキャッチ板３８６Ａによって受け止められ、オイル溜り３７０Ａに溜められる。オイル溜り３７０Ａは、潤滑油の循環経路において端子台１１６，１１８よりも上流部に位置する。

オイル溜り３７０Ａに設けられたオイル出口３７２Ａは、図１３に示すようにオイル入口３７４に通じており、端子台１１６，１１８から潤滑油に放熱される。その後、潤滑油はオイル出口３８０からステータ３６の上部に注がれステータ３６の外壁を通じて再び潤滑油はケース底部に戻される。

図１２および図１３に示した変形例では、ディファレンシャルギヤＤＥＦ、カウンタドリブンギヤ１３２およびオイルキャッチ板３８６Ａが「潤滑油の循環機構」に相当し、オイル溜り３７０Ａおよびオイル通路３７６が「潤滑油の循環経路」の一部に相当する。

また、「潤滑油の循環機構」のうちディファレンシャルギヤＤＥＦおよびカウンタドリブンギヤ１３２Ａが、「回転電機の回転に応じてオイルパンから潤滑油を汲み上げて循環経路の接続部材の上流部に送る機構」に相当する。

図１２および図１３に示した変形例でも図１０および図１１に示した例と同様の効果を得ることができる。

図１４は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を潤滑および冷却する潤滑油の循環経路の第３の例を示した断面図である。

図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶにおける部分断面図である。
図１４、図１５を参照して、このオイル循環経路の第３の例では、トロコイド式のオイルポンプ４００を設けてケース底部のオイルパンから潤滑油を汲み上げてオイル通路４０７に送出する。オイル通路４０７の出口は、潤滑油の循環経路において端子台１１６，１１８よりも上流部に位置する。

オイルポンプ４００は、ディファレンシャルギヤＤＥＦに噛み合う駆動ギヤ４０２と、駆動ギヤ４０２と軸が結合され共に回転するインナーロータ４０４と、インナーロータ４０４と内側の歯が噛み合うアウターロータ４０６とを含む。

オイル通路４０７の出口は、図１５に示すようにオイル入口３７４と通じており、端子台１１６，１１８から熱が放熱される。その後潤滑油は、オイル出口３８０からステータ３６の上部に注がれ、ステータ３６の外壁を通じて再びケース底部のオイルパンに戻される。

図１４および図１５に示した変形例では、オイルポンプ４００が「潤滑油の循環機構」における「回転電機の回転に応じてオイルパンから潤滑油を汲み上げて循環経路の接続部材の上流部に送る機構」に相当し、オイル通路４０７，３７６が「潤滑油の循環経路」の一部に相当する。

図１４および図１５に示した変形例でも図１０および図１１に示した例と同様の効果を得ることができる。

［変更例］
図１６は、パワー素子基板を冷却する冷却水の通水路を説明するための図である。

図１６を参照して、図４のパワー素子基板１２０を取り外した状態が示されて居る．冷却水入口１１４から矢印に示す向きで冷却水が流れる。そして、冷却水は、冷却水出口１１２から排出され、車両前方に配置されるラジエーターに送出される。この矢印で示すように冷却水が流れるようにケース１０２の表面またはパワー素子基板１２０の裏面にはリブまたはフィンが設けられている。

このとき、リブまたはフィンは、矢印で示す冷却水の流路上に端子台１１６，１１８が配置されるように設けられる。これにより、モータジェネレータを駆動するときに高温となるパワー素子基板１２０に加えて、モータジェネレータで発生した熱を受けて高温となる端子台１１６，１１８を、冷却水を利用して冷却することができる。したがって、端子台１１６，１１８に蓄積された熱がインバータ１４，２２のバスバーを介してパワー素子部分に伝わるのを防止することができる。

なお、パワー素子基板１２０は、水密性を保つために液状ガスケットなどが塗布された後にねじ止めされる。

なお、図１６ではパワー素子基板１２０を水密性の蓋とした場合を説明したが、たとえば冷却水入口１１４と冷却水出口１１２とを結日、矢印に示す流路が設けられた配管を内部に埋設しておいてもよい。

また、冷却水入口１１４と冷却水出口１１２とを逆にしてもよく、冷却水が流れる向きは図１６の矢印と逆向きでもよい。

このように、モータジェネレータＭＧ１側に流路の冷却水入口１１４および冷却水出口１１２を設けることにより、コンデンサＣ２およびリアクトルＬ１をパワー素子基板１２０の両側に配置しても、冷却水の入出力経路を確保することができる。なお、モータジェネレータＭＧ１の反対側に設けることも可能ではあるが、ハイブリッド車両の駆動装置をエンジンルームに配置した場合には、ボディが近接しているので作業性が悪いためモータジェネレータＭＧ１側に流路の冷却水入口１１４および冷却水出口１１２を設けるのが好ましい。

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からの熱が端子台を介してパワー制御ユニットに伝わるのを防止できる。したがって、パワー制御ユニットを熱故障から確実に保護することができる。

また、モータジェネレータの潤滑油を利用して端子台を冷却する構成とすれば、パワー制御ユニットの冷却系の増設が不要となるため、駆動装置の小型化、省スペース化が可能となる。これにより、ハイブリッド車両の駆動装置を車両に搭載した場合に重心を低く保つことが可能となり、従来に比べて車両の走行性能を向上させることが可能となる。さらに、エンジンルーム内の省スペース化を図ることができる。

なお、本実施の形態においては、端子台の冷却を油冷系もしくは水冷系とした構成を示したが、油冷系と水冷系との併用させてもよい。また、本実施の形態においては、ハイブリッド車両に本願発明を適用した例を説明したが、本願発明はこれに限定されず、たとえば電気自動車や燃料電池自動車等にも適用することができる。

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。 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。 図４のＩＸ−ＩＸにおける断面を示した断面図である。 モータジェネレータを潤滑および冷却する潤滑油の循環経路を示した断面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩにおける部分断面図である。 モータジェネレータを潤滑および冷却する潤滑油の循環経路の第２の例を示した断面図である。 図１２のＸＶ−ＸＶにおける部分断面図である。 モータジェネレータを潤滑および冷却する潤滑油の循環経路の第３の例を示した断面図である。 図１４のＸＶ−ＸＶにおける部分断面図である。 パワー素子基板を冷却する冷却水の通水路の説明をするための図である。

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 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、２４ 電流センサ、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、４１〜４４ 端子、５０ クランクシャフト、５１，６２ サンギヤ、５２，６８ 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、７０ カウンタドライブギヤ、７１，７２ 蓋、７３〜７８ 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 開口部、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 ダンパー、１２８ バスバー、１３０ 回転軸、１３２，１３２Ａ カウンタドリブンギヤ、１３３ ファイナルドライブギヤ、２００ 壁部、２０２，２０３ 隔壁、３７２，３７２Ａ オイル出口、３７４ オイル入口、３７６，４０７ オイル通路、３８０ オイル出口、３８６，３８６Ａ オイルキャッチ板、４００ オイルポンプ、４０２ 駆動ギヤ、４０４ インナーロータ、４０６ アウターロータ、Ｂ バッテリ、Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＤＥＦ ディファレンシャルギヤ、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＳＤ 動力分割機構、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、Ｒ 制限抵抗、ＲＤ 減速機、ＲＧ 動力伝達減速ギヤ、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３ システムメインリレー。

Claims (5)

1. 回転電機と、
   前記回転電機の潤滑および冷却を行なう潤滑油の循環機構と、
   前記回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットと、
   前記回転電機と前記パワー制御ユニットとを電気的に接続するための接続部材と、
   前記回転電機、前記循環機構、前記パワー制御ユニットおよび前記接続部材を収容し、前記潤滑油の循環経路が設けられたケースとを備え、
   前記潤滑油の循環経路は、前記接続部材に前記潤滑油をかけることによって前記接続部材を冷却するように配される、車両の駆動装置。
2. 前記接続部材は、前記ケースと一体的に設けられ、前記パワー制御ユニットから電力を供給するための電力線と前記回転電機とを電気的に接続するための端子台を含む、請求項１に記載の車両の駆動装置。
3. 前記ケースは、
   前記循環経路上の下流に配置されたオイルパンを含み、
   前記循環機構は、
   前記回転電機の回転に応じて前記オイルパンから前記潤滑油を汲み上げて前記循環経路の前記接続部材の上流部に送る機構を含む、請求項１または２に記載の車両の駆動装置。
4. 前記循環機構は、
   前記潤滑油に浸漬され、前記回転電機の回転に応じて回転するギヤと、
   前記ギヤの掻き揚げる前記潤滑油を受け止めて前記接続部材の上流部に送るオイルキャッチ板とを含む、請求項３に記載の車両の駆動装置。
5. 前記循環機構は、
   前記回転電機の回転に応じて前記オイルパンから前記潤滑油を汲み上げて前記循環経路の前記接続部材の上流部に送るポンプ機構を含む、請求項３に記載の車両の駆動装置。

Images