JP4850782B2 - モータユニット - Google Patents

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Description

本発明は、モータおよびインバータをハウジングの内部に一体的に収容するモータユニットに関し、特に、モータより下方にインバータを収容するモータユニットに関する。
従来より、インバータとモータとを一体的に備えることにより構造の簡素化および小型化を可能とするインバータ一体型モータが知られている。近年においては、インバータにより変換された交流電流でモータを駆動させて走行する車両(電気自動車やハイブリッド自動車など)に、インバータ一体型モータが搭載されつつある。インバータ一体型モータにおいては、モータからの熱がインバータに伝達されてしまうことが考えられる。このような問題を解決する技術が、たとえば、特開2001−238405号公報(特許文献1)に開示されている。
この公報に開示された駆動装置は、2つの電動機と、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の上部に取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。インバータは、隔壁を介在させて駆動装置ケースに取付けられる。隔壁と駆動装置ケースとの間に、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。駆動装置ケースの下部には、駆動装置ケース内部を循環し電動機を冷却するオイルを貯留するオイル貯留部(オイルサンプ)が設けられる。
この公報に開示された駆動装置によると、電動機とインバータとの間の冷媒の流路が、電動機側とインバータ側の2層になっているため、その中を流れる冷媒が2層の断熱層として作用し、インバータ側より高温となる電動機側の熱を途中の冷媒で2段階に吸収させて遮断することができるため、電動機からの熱をインバータに伝わりにくくすることができる。これにより電動機とインバータとの一体化によるインバータの温度上昇を防ぐことができる。
特開2001−238405号公報
ところで、インバータ一体型モータにおいて、搭載スペース上の理由などから、インバータが駆動装置ケースの下方に取付けられる場合がある。この場合、インバータの大きさや位置によっては、駆動装置ケースの鉛直方向の大きさが大きくなり過ぎたり、駆動装置ケースの下方に設けられるオイル貯留部の大きさを十分に確保することができず、オイル不足が原因でモータが過熱したりギヤやベアリングが異常に磨耗したりすることが考えられる。しかしながら、特許文献1に開示された駆動装置においては、インバータが駆動装置ケースの下方に取付けられた場合におけるインバータとオイル貯留部との関係については何ら言及されていない。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数のモータとモータより下方に設けられたインバータとをハウジング内部に収容するモータユニットにおいて、ハウジングの大型化を抑制しつつ、ハウジングの内部を循環するオイル量を十分に確保することができるモータユニットを提供することである。
第1の発明に係るモータユニットは、複数のモータとモータより下方に設けられたインバータとをハウジング内部に収容する。このモータユニットは、ハウジングの内部に収容された第1のモータと、ハウジングの内部に収容され、第1のモータと略水平方向に設けられた第2のモータと、ハウジングの内部における第1のモータの下方に設けられたインバータと、ハウジングの内部における第2のモータの下方かつインバータの側方に設けられ、ハウジングの内部を循環するオイルを貯留するオイル貯留部とを含む。
第1の発明によると、モータユニットのハウジング内部に、第1のモータと第2のモータとが略水平方向に設けられる。ハウジングの内部における第1のモータの下方には、インバータが設けられる。ハウジングの内部における第2のモータの下方かつインバータの側方に、オイル貯留部が設けられる。このように、第2のモータの下方かつインバータの側方のスペースにオイル貯留部が設けられるので、ハウジングの高さを増大させることなく、インバータの高さに応じたオイル貯留部の高さを確保することができる。これにより、ハウジングの大型化を抑制しつつ、ハウジングの内部を循環するオイル量を十分に確保することができる。その結果、複数のモータとモータより下方に設けられたインバータとをハウジング内部に収容するモータユニットにおいて、ハウジングの大型化を抑制しつつ、ハウジングの内部を循環するオイル量を十分に確保することができるモータユニットを提供することができる。
第2の発明に係るモータユニットにおいては、第1の発明の構成に加えて、第1のモータの下端は、第2のモータの下端よりも高い位置に設けられる。
第2の発明によると、第1のモータの下端は、第2のモータの下端よりも高い位置に設けられる。そのため、第2のモータの下方にインバータが設けられる場合に比べて、ハウジングの下面から各モータまでの距離をより短くすることができる。これにより、ハウジングの大型化を抑制しつつ、オイル油面を所定の高さにするために必要なオイル量を低減することができる。
第3の発明に係るモータユニットは、第2の発明の構成に加えて、上端が少なくとも第1のモータの下端より高い位置に形成され、第1のモータの下方と第2のモータの下方とを仕切るように設けられた仕切り壁をさらに含む。
第3の発明によると、上端が少なくとも第1のモータの下端より高い位置に形成され、第1のモータの下方と第2のモータの下方とを仕切り壁により仕切ることにより、第1のモータの下方と第2のモータの下方とのオイル油面の高さを異ならせることができる。さらに、仕切り壁の上端は、第1のモータの下端より高い位置に形成されるので、第1のモータ側のオイル油面の高さを、第1のモータの下端より高い位置に維持することができる。そのため、下端が第2のモータより高い第1のモータにおいて、オイル量が少ない場合であっても、オイル不足による過熱やギヤやベアリングの磨耗を抑制することができる。
第4の発明に係るモータユニットは、第1〜3のいずれかの発明の構成に加えて、下端が第1のモータの下端よりも低い位置に設けられ、回転することにより動力を伝達するとともにオイル貯留部に貯留されたオイルを上方に移動させる回転体と、回転体により移動させられたオイルを第1のモータおよび第2のモータに供給する供給部とをさらに含む。
第4の発明によると、オイル貯留部に貯留されたオイルを上方に移動させる回転体の下端が、第1のモータの下端より低い位置に設けられる。これにより、第1のモータの下端よりオイル油面が低い場合であっても、回転体によりオイルを上方に移動させて第1のモータに供給することができる。そのため、下方にインバータ収容部を備えたことによりオイル油面の深さが第2のモータより浅い第1のモータにおいて、オイル量が少ない場合であっても、オイル不足による過熱やギヤやベアリングの磨耗を抑制することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
図1を参照して、本実施の形態に係るモータユニットが搭載される車両の構成部品について説明する。なお、本実施の形態においては、ハイブリッド車両に搭載されるモータユニットについて説明するが、本発明に係るモータユニットが搭載される車両はこれに限定されず、たとえば、電気自動車や燃料電池車であってもよい。また、本実施の形態においては、モータユニットについて説明するが、たとえば、本実施の形態に係るモータユニットを構成するハウジングについても本発明の一態様である。
図1に示すように、ハイブリッド車両のエンジンルームには、エンジン10と、モータユニット20とが設けられる。
エンジン10の出力軸は、モータユニット20の入力軸に接続される。モータユニット20の内部には、車両駆動用のモータが設けられる。このモータは、走行用バッテリ(図示せず)から供給される交流電力に基づいて駆動する。また、モータユニット20の内部には、動力分割機構が設けられる。これにより、エンジンの駆動力とモータの駆動力とが切り替えられて、モータがエンジン10の駆動力をアシストしたり、モータのみにより駆動力を発生させたりする。なお、車両駆動用のモータには、ジェネレータとしても機能するモータジェネレータが用いられる。
モータユニット20の出力軸は、ドライブシャフト30を経由して駆動輪40に接続される。モータユニット20から駆動輪40に伝達された駆動力によりハイブリッド車両は走行する。
図2を参照して、ハイブリッド車両のモータ駆動用回路について説明する。このモータ駆動用回路は、昇圧コンバータ100と、コンデンサ200と、インバータ用IPM300A,300Bと、モータジェネレータ400A(以下、MG(1)400Aとも記載する),400B(以下、MG(2)400Bとも記載する)とを含む。
昇圧コンバータ100は、昇圧用IPM110と、リアクトル120とを含む。昇圧用IPM110は、2つのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)と、IGBTのエミッタ側からコレクタ側に電流を流すように、各IGBTにそれぞれ並列に接続された2つのダイオードとを含む。リアクトル120は、一方端が走行用バッテリの電源ラインに接続され、他方端が昇圧用IPM110の2つのIGBTの中間点に接続される。
昇圧コンバータ100は、図示しないECU(Electronic Control Unit)からの指令信号に基づいて昇圧用IPM110の各IGBTのゲートをオン/オフ(通電/遮断)することにより、走行用バッテリから供給された直流電圧を昇圧してコンデンサ200に供給する。また、昇圧コンバータ100は、ハイブリッド車両の回生制動時、車両駆動用のMG(1)400AおよびMG(2)400Bによって発電され、インバータ用IPM300A,300Bによって変換された直流電圧を降圧して走行用バッテリへ供給する。なお、昇圧コンバータ100および各IGBTには、周知の技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。
コンデンサ200は、昇圧コンバータ100から供給された直流電力の電圧を平滑化し、その平滑化された直流電力をインバータ用IPM300A,300Bへ供給する。
インバータ用IPM300A,300Bは、6つのIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)と、IGBTのエミッタ側からコレクタ側に電流を流すように、各IGBTにそれぞれ並列に接続された6つのダイオードとを含む。インバータ用IPM300A,300Bは、ECUからの指令信号に基づいて各IGBTのゲートをオン/オフ(通電/遮断)することにより、走行用バッテリから供給された電流を、直流電流から交流電流に変換し、MG(1)400AおよびMG(2)400Bに供給する。なお、インバータ用IPM300A,300BおよびIGBTには、周知の技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。なお、以下の説明においては、昇圧用IPM110と、インバータ用IPM300A,300Bとを、1つのモジュールとして設けられたIPM500とも記載する。なお、必ずしも、昇圧用IPM110と、インバータ用IPM300A,300Bとが、1つのモジュールとして設けられることに限定されない。
図3および図4を参照して、モータユニット20についてさらに説明する。なお、図3は、車両前側から見たモータユニット20の断面図である。図4は、図3の4−4断面図である。
モータユニット20のハウジングは、第1ハウジング600と第2ハウジング700とから構成される。なお、本実施の形態においては、モータユニット20のハウジングが2つのハウジングから構成される場合について説明するが、ハウジングの数量についてはこれに限定されず、たとえば、1つのハウジングで構成されてもよい。
第1ハウジング600の内部には、MG(1)収容部610と、オイル貯留部620とが設けられる。第2ハウジング700の内部には、MG(2)収容部710と、IPM収容部720とが設けられる。第1ハウジング600の壁面630と第2ハウジング700の壁面730とが接続される。
MG(1)収容部610には、MG(1)400Aと、動力分割機構410と、入力軸420とが収容される。MG(2)収容部710には、MG(2)400Bと、出力軸430とが収容される。
MG(1)400Aは、外周側に設けられたステータ402Aと、内周側に設けられたロータ404Aとにより構成される。MG(2)400Bは、外周側に設けられたステータ402Bと、内周側に設けられたロータ404Bとにより構成される。MG(1)400AとMG(2)400Bとは、各回転軸が一致するように、略水平方向に設けられる。MG(2)400Bの回転半径は、MG(1)400Aの回転半径より小さい。すなわち、MG(2)400Bの下端は、MG(1)400Aの下端よりも高い位置に設けられる。
動力分割機構410は、MG(1)400AとMG(2)400Bとの間に設けられる。動力分割機構410は、エンジン10の動力を駆動輪40とMG(1)400Aとの2経路に分配する。動力分割機構410は、サンギヤ(S)412と(以下、単にサンギヤ412と記載する)、ピニオンギヤ414と、キャリア(C)416(以下、単にキャリア416と記載する)と、リングギヤ(R)418(以下、単にリングギヤ418と記載する)とを含む遊星歯車から構成される。
ピニオンギヤ414は、サンギヤ412およびリングギヤ418と係合する。キャリア416は、入力軸420に接続され、ピニオンギヤ414が自転可能であるように支持する。サンギヤ412はMG(1)400Aの回転軸に連結される。リングギヤ418は、出力軸430に連結される。
入力軸420は、エンジン10のクランクシャフトに接続され、エンジン10の動力を動力分割機構410に入力する。出力軸430は、壁面630および壁面730を貫通し、MG(2)収容部710内のMG(2)400Bの回転軸に接続される。MG(2)400Bの回転軸は、軸廻りに回転可能に第2ハウジング700の側壁の内側にベアリング(図示せず)などにより固定される。
出力軸430には、ギヤ440が設けられる。ギヤ440は、ドライブシャフト30に接続されたディファレンシャルギヤ450と係合し、エンジン10やMG(2)400Bで発生した動力を駆動輪40に伝達したり、駆動輪40の駆動をエンジン10やMG(2)400Bに伝達したりする。
IPM収容部720は、IPM500のメンテナンス性や車両への搭載スペースの制約などにより、MG(2)収容部710の下方に設けられる。IPM収容部720は、第2ハウジング700の下方に設けられた開口部が蓋750により密閉されて形成される。IPM収容部720の内部は、壁面740によりMG(2)収容部710と隔離される。
オイル貯留部620は、MG(1)収容部610の下方かつIPM収容部720の側方に設けられる。オイル貯留部620は、MG(1)収容部610およびMG(2)収容部710を循環するオイルを貯留する。このオイルは、MG(1)400A、MG(2)400Bおよび動力分割機構410の熱を吸収して冷却する冷却油として作用する。オイルが吸収した熱は、第1ハウジング600および第2ハウジング700を経由して外気に放出される。なお、このオイルは、MG(1)400A、MG(2)400Bおよび動力分割機構410の回転摩擦を油膜により軽減する潤滑油としても作用する。また、MG(1)400AおよびMG(2)400Bの短絡を防止するために、オイルには絶縁油が用いられる。
第1ハウジング600の内部(すなわちMG(1)収容部610およびオイル貯留部620)とMG(2)収容部710とは、仕切り壁640にて仕切られる。仕切り壁640は、壁面630の一部とおよび壁面730の一部により形成される。仕切り壁640の上端は、MG(2)400Bのステータ402Bの下端よりも高く、ステータ402Bの上端(すなわちロータ404Bの下端)よりも低い位置に形成される。
仕切り壁640の上部には、第1ハウジング600の内部とMG(2)収容部710との間をオイルが流動できるように、連通路650が形成される。
オイルは、MG(1)400A、MG(2)400Bおよび動力分割機構410の回転により上方に移動されて各ハウジング内部を循環し、MG(1)400A、MG(2)400B、動力分割機構410の熱を吸収して冷却する。
さらに、壁面630および壁面730の上部には、オイルキャッチタンク810が設けられる。オイルキャッチタンク810は、MG(1)収容部610とMG(2)収容部710とを連通させるように設けられる。出力軸430に接続されたギヤ440が回転することによりディファレンシャルギヤ450が回転すると、図4の矢印に示すように、オイル貯留部620と連通するディファレンシャルギヤ収容部760の下方に溜まったオイルが上方に移動させられて、オイルキャッチタンク810に流入する。オイルキャッチタンク810に流入したオイルは、側面に設けられた油孔(図示せず)から放出され、MG(1)400A、MG(2)400Bおよび動力分割機構410に流下する。MG(1)400A、MG(2)400Bおよび動力分割機構410を冷却し、熱交換により温度上昇したオイルは、さらに流下してオイル貯留部620に回収される。
さらに、第2ハウジング700の側壁の外側には、オイルポンプ820が設けられる。オイルポンプ820は、オイル貯留部620に溜まったオイルを吸い上げて、出力軸430内の油路に入流させる。出力軸430内の油路に入流したオイルは、動力分割機構410を経由して入力軸420にも流入し、入力軸420および出力軸430の回転による遠心力で油路の径方向に設けられた油孔(図示せず)を経由して、MG(1)400A、MG(2)400Bおよび動力分割機構410に吹きかけられる。MG(1)400A、MG(2)400Bおよび動力分割機構410を冷却し、熱交換により温度上昇したオイルは流下してオイル貯留部620に回収される。
以上のような構造に基づく、本実施の形態に係るモータユニットの作用について説明する。
モータユニット20のハウジング内部には、MG(1)400AとMG(2)400Bとが略水平方向に設けられる。IPM収容部720は、MG(2)400Bを収容するMG(2)収容部710の下方に設けられる。MG(1)収容部610の下方かつIPM収容部720の側方に、各ハウジング内部を循環するオイルを貯留するオイル貯留部620が設けられる。これにより、第1ハウジング600の高さを第2ハウジング700の高さより増大させることなく、オイル貯留部620の高さをIPM収容部720の高さに応じた値だけ確保することができる。そのため、モータユニット20のハウジングの大型化を抑制しつつ、オイル貯留部620のオイル容量を十分に確保することができる。
さらに、MG(2)400Bの下端は、MG(1)400Aの下端よりも高い位置に設けられる。そのため、IPM収容部720をMG(1)400Aの下方に設ける場合に比べて、各ハウジングの下面から各モータまでの距離がより短くなる。これにより、モータユニット20のハウジングの大型化をより抑制することができる。さらに、オイル油面を所定の高さ(たとえば各ステータ402A,402Bの高さ)にするために必要なオイル量を低減することができる。そのため、無駄なオイルを低減してオイルを効率的に利用することができる。
さらに、第1ハウジング600の内部とMG(2)収容部710とは、仕切り壁640にて仕切られる。仕切り壁640の上端はMG(2)400Bのステータ402Bの下端よりも高いので、オイルポンプ820によりオイル貯留部620のオイルが吸い上げられてMG(1)収容部610側のオイル油面がステータ402Bの下端よりも低くなった場合でも、MG(2)収容部710側のオイル油面が、ステータ402Bの下端よりも高く維持される。そのため、下端がMG(1)400Aの下端よりも高いMG(2)400Bがオイル不足により過熱したり、MG(1)400AおよびMG(2)400B内のギヤやベアリングが磨耗したりすることを抑制することができる。さらに、仕切り壁640の上端はロータ404Bの下端よりも低い位置に形成されるので、MG(2)収容部710側のオイル油面は、ロータ404Bより低く維持される。これにより、ロータ404Bがオイルに浸されることが抑制されるので、ロータ404Bの回転がオイルにより阻害されることを抑制することができる。
さらに、ディファレンシャルギヤ450の下端が、MG(1)400Aの下端より低い位置に設けられる。これにより、MG(2)400Bの下端よりオイル油面が低い場合であっても、ディファレンシャルギヤ450によりオイルを上方に移動させて、MG(1)400Aにオイルを供給することができる。そのため、下方にIPM収容部720が設けられることによりオイル油面の深さがMG(1)400Aより浅いMG(2)400Bにおいても、オイル不足による過熱やギヤやベアリングの磨耗を抑制することができる。
以上のように、本実施の形態に係るモータユニットによれば、インバータおよびコンバータを構成するIPMが、MG(2)の下方に設けられる。MG(1)の下方かつIPMの側方のスペースに、オイル貯留部が設けられる。これにより、モータユニットの高さを増大させることなく、オイル貯留部の高さをIPMの高さに応じた値にすることができる。そのため、モータユニットの大型化を抑制しつつ、ハウジングの内部を循環するオイル量を十分に確保することができる。
なお、本実施の形態において、IPM収容部720を、MG(1)収容部610の下側に設けてもよい。これにより、少なくともモータユニットの大型化を抑制しつつ、オイル貯留部の高さをIPMの高さに応じた値にすることができる。
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モータユニットが搭載される車両の斜視図である。 本実施の形態に係るモータユニットが搭載される車両のモータ駆動用回路図である。 本発明の実施の形態に係るモータユニットの断面図(その1)である。 本発明の実施の形態に係るモータユニットの断面図(その2)である。
符号の説明
10 エンジン、20 モータユニット、30 ドライブシャフト、40 駆動輪、100 昇圧コンバータ、110 昇圧用IPM、120 リアクトル、200 コンデンサ、300A,300B インバータ用IPM、400A MG(1)、400B MG(2)、402A,402B ステータ、404A,404B ロータ、410 動力分割機構、412 サンギヤ、414 ピニオンギヤ、416 キャリア、418 リングギヤ、420 入力軸、430 出力軸、440 ギヤ、450 ディファレンシャルギヤ、500 IPM、600 第1ハウジング、610 MG(1)収容部、620 オイル貯留部、630,730,740 壁面、640 仕切り壁、650 連通路、700 第2ハウジング、710 MG(2)収容部、720 IPM収容部、750 蓋、760 ディファレンシャルギヤ収容部、810 オイルキャッチタンク、820 オイルポンプ。

Claims (4)

  1. 複数のモータと前記モータより下方に設けられたインバータとをハウジング内部に収容したモータユニットであって、
    前記ハウジングの内部に収容された第1のモータと、
    前記ハウジングの内部に収容され、前記第1のモータと略水平方向に設けられた第2のモータと、
    前記ハウジングの内部における前記第1のモータの下方に設けられたインバータと、
    前記ハウジングの内部における前記第2のモータの下方かつ前記インバータの側方に設けられ、前記ハウジングの内部を循環するオイルを貯留するオイル貯留部とを含む、モータユニット。
  2. 前記第1のモータの下端は、前記第2のモータの下端よりも高い位置に設けられる、請求項1に記載のモータユニット。
  3. 前記モータユニットは、上端が少なくとも前記第1のモータの下端より高い位置に形成され、前記第1のモータの下方と前記第2のモータの下方とを仕切るように設けられた仕切り壁をさらに含む、請求項2に記載のモータユニット。
  4. 前記モータユニットは、
    下端が前記第1のモータの下端よりも低い位置に設けられ、回転することにより動力を伝達するとともに前記オイル貯留部に貯留された前記オイルを上方に移動させる回転体と、
    前記回転体により移動させられた前記オイルを前記第1のモータおよび前記第2のモータに供給する供給部とをさらに含む、請求項1〜3のいずれかに記載のモータユニット。
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