JP4899906B2 - モータユニット - Google Patents

Description

本発明は、ハウジングの内部にモータおよびインバータを一体的に収容するモータユニットに関し、特に、蓄電機構の定格電圧より高い電圧の電力でも作動し得るモータを備えた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り、インバータ一体型モータの小型化が要望されている。このようなインバータ一体型モータを小型化する技術に関して、たとえば、特開平１０−２４８１９８号公報（特許文献１）に開示された技術がある。

この公報に開示されたインバータ一体型モータは、モータ本体と、上面部にモータ本体が取付けられるモータ取付台と、モータ取付台の内部に収容されるインバータ装置とを含む。

この公報に開示されたインバータ一体型モータによると、モータ本体の下方に取付けられるモータ取付台の内部に、インバータ装置を収容する。そのため、モータの軸方向にインバータ装置を収容する場合と比べて、モータの軸方向の長さを小さくすることができる。
特開平１０−２４８１９８号公報

ところで、インバータ一体型モータにおいて、バッテリの電力をインバータに供給するために、バッテリからの電力線が接続可能なコネクタをインバータ一体型モータの外周面に設ける必要がある。インバータ一体型モータが車両に搭載される場合、コネクタは、水没などによる腐食を防止するため、モータを収容するハウジングの上面部に設けられる場合が多い。

しかしながら、特許文献１に開示されたインバータ一体型モータにおいては、インバータがモータ本体より下方に設けられているため、コネクタとインバータとが離れた位置に設けられることになる。そのため、モータ本体およびモータ取付台の内部に、コネクタとインバータとを接続する専用の配線を新たに設ける必要があった。

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、ハウジングの内部にモータおよびインバータを一体的に収容するモータユニットであって、ハウジング内部の専用の配線を低減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、蓄電機構からの電力供給を受けて作動するモータとモータを駆動するためのインバータとをハウジング内部に収容する。ハウジングの外周面には、蓄電機構からの電力線が接続可能なコネクタが設けられる。モータユニットは、ハウジングの内部に収容され、モータとコネクタとの間に電気的に接続されるインバータと、ハウジングの内部に収容され、インバータとコネクタとの間に電気的に接続されるリアクトルとを含む。

第１の発明によると、モータとインバータとが収容されるハウジングの外周面に、蓄電機構からの電力線が接続可能なコネクタが設けられる。ハウジングの内部のコネクタとインバータとの間には、リアクトルが電気的に接続される。すなわち、コネクタとインバータとの電気的な接続がリアクトルを用いて行なわれる。そのため、コネクタとインバータとをハウジングの内部で接続する専用の配線を低減することができる。その結果、ハウジングの内部にモータおよびインバータを一体的に収容するモータユニットであって、ハウジング内部の専用の配線を低減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、リアクトルは、スイッチング素子との協働によって蓄電機構の電圧を昇圧する昇圧回路の一部を構成する。

第２の発明によると、蓄電機構の電圧を昇圧する昇圧回路の一部を構成するリアクトルを用いて、コネクタとインバータとを接続することができるとともに、蓄電機構の定格電圧より高い電圧の電力をモータへ供給することができる。

第３の発明に係るモータユニットにおいては、第１または２の発明の構成に加えて、リアクトルは、モータの冷却用の冷媒にて冷却される。

第３の発明によると、リアクトルが、モータの冷却用の冷媒にて冷却される。そのため、リアクトル専用の冷却装置を設ける必要がなく、モータユニットをより小型化することができる。

第４の発明に係るモータユニットにおいては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、リアクトルは、電線を巻き付けて構成された環状の形状を有し、かつ環状の形状の内側に形成される空洞部分をモータの回転軸が通るように設けられる。

第４の発明によると、リアクトルは、電線を巻き付けて構成された環状の形状を有する。リアクトルは、内側に形成される空洞部分をモータの回転軸が通るように設けられる。これにより、リアクトルをモータの回転軸方向に設ける場合において、モータの回転軸とリアクトルとの干渉を抑制することができる。

第５の発明に係るモータユニットにおいては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、インバータは、コネクタが設けられた側と異なる側のハウジングの内部に収容される。

第５の発明によると、互いに異なる側に設けられたコネクタとインバータとを、リアクトルにより接続することができる。

第６の発明に係るモータユニットにおいては、第５の発明の構成に加えて、コネクタは、モータより上側に設けられる。インバータは、モータより下側のハウジングの内部に収容される。

第６の発明によると、モータより上側に設けられたコネクタと、モータより下側のハウジングの内部に収容されるインバータとが、リアクトルにより接続される。そのため、たとえば、モータユニットが車両に搭載される場合であって、水没防止のためにコネクタをモータより上側に設け、搭載スペースの制約によりインバータをモータより下側に設ける場合において、コネクタとインバータとをハウジングの内部で接続する専用の配線を低減することができる。

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２００が搭載される車両について説明する。なお、本実施の形態において、車両はエンジンとモータとの駆動力により走行するハイブリッド車両として説明するが、本発明に係るモータユニット２００が搭載される車両は、ハイブリッド車両に限定されず、たとえば、モータからの駆動力により走行する電気自動車や燃料電池車両であってもよい。また、モータユニット２００が車両駆動用であることに限定されない。

図１に示すように、車両のエンジンルームには、エンジン１００と、モータユニット２００と、ドライブシャフト３００と、ラジエータ４００とが設けられる。

エンジン１００とモータユニット２００とは、車両の左右方向に並ぶように互いに固定される。エンジン１００の出力軸はモータユニット２００の入力軸に接続され、モータユニット２００の出力軸はドライブシャフト３００に接続される。エンジン１００の出力およびモータユニット２００の出力が、ドライブシャフト３００を経由して駆動輪３１０に伝達されることにより、車両は走行する。

モータユニット２００は、ハウジング２０２により密閉されている。ハウジング２０２の外周面には、コネクタ３２０が設けられる。コネクタ３２０には、モータユニット２００より車両後方に搭載された走行用バッテリ（図示せず）からの電力線３３０が接続される。コネクタ３２０は、水没による腐食を防止するため、ハウジング２０２の上側の外周面に設けられる。なお、コネクタ３２０が設けられる外周面が、上側であることに限定されない。

ラジエータ４００は、冷却液（以下、ＬＬＣ（Long Life Coolant）とも記載する）の熱を外気に放出する放熱器である。ラジエータ４００は、モータユニット２００よりも車両前側に設けられる。ラジエータ４００は、循環路４１０，４２０によりモータユニット２００の内部と接続される。ＬＬＣは、電動ウォータポンプ（図示せず）により、ラジエータ４００とモータユニット２００との間を循環路４１０，４２０を経由して循環する。

図２および図３を参照して、モータユニット２００についてさらに説明する。なお、図２は、車両前側から見たモータユニット２００の断面図である。図３は、図２における３−３断面図である。

モータユニット２００を密閉するハウジング２０２の内部は、モータ収容部２０４と、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）収容部２０６と、モータ収容部２０４とＩＰＭ収容部２０６との間に設けられた流路２６０とに層別される。

モータ収容部２０４には、モータジェネレータ２１０（ＭＧ（１）２１０）と、モータジェネレータ２２０（ＭＧ（２）２２０）と、動力分割機構２３０と、入力軸２４０と、出力軸２４２と、減速機２５０とが収容される。

ＭＧ（１）２１０およびＭＧ（２）２２０は、走行用バッテリの定格電圧より高い電圧の電力でも作動し得る三相交流モータであるとともに、走行用バッテリの定格電圧より高い電圧の電力を発電し得るジェネレータである。ＭＧ（１）２１０およびＭＧ（２）２２０は、モータまたはジェネレータとして機能する際、発熱する。

動力分割機構２３０は、エンジン１００の動力を駆動輪３１０とＭＧ（１）２１０との２経路に分配する。動力分割機構２３０は、サンギヤ（Ｓ）２３２と（以下、単にサンギヤ２３２と記載する）、ピニオンギヤ２３４と、キャリア（Ｃ）２３６（以下、単にキャリア２３６と記載する）と、リングギヤ（Ｒ）２３８（以下、単にリングギヤ２３８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２３４は、サンギヤ２３２およびリングギヤ２３８と係合する。キャリア２３６は、入力軸２４０に接続され、ピニオンギヤ２３４が自転可能であるように支持する。サンギヤ２３２はＭＧ（１）２１０の回転軸に連結される。リングギヤ２３８は、出力軸２４２に連結される。

入力軸２４０は、エンジン１００のクランクシャフトに接続され、エンジン１００の動力を動力分割機構２３０に入力する。出力軸２４２は、減速機２５０およびＭＧ（２）２２０の回転軸２２２に接続される。ＭＧ（２）２２０の回転軸２２２は、軸廻りに回転可能にハウジング２０２の内壁にベアリング２２４により固定される。

減速機２５０は、ドライブシャフト３００に接続され、エンジン１００やＭＧ（２）２２０で発生した動力を駆動輪３１０に伝達したり、駆動輪３１０の駆動をエンジン１００やＭＧ（２）２２０に伝達したりする。

ＩＰＭ収容部２０６は、ハウジング２０２の下面と蓋２０８とにより密閉されて形成される空間である。ＩＰＭ収容部２０６は、車両への搭載スペースの制約などにより、モータ収容部２０４の下側に設けられる。なお、ＩＰＭ収容部２０６は、モータ収容部２０４の下側に設けられることに限定されない。

ＩＰＭ収容部２０６には、ＩＰＭ２７０（図２および図３の二点鎖線）が収容される。ＩＰＭ２７０は、略直方体状に形成され、複数のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）と、ＥＣＵ（図示せず）からの制御信号に基づいて各ＩＧＢＴのゲートのオン／オフ（通電／遮断）を制御する電子部品を実装する制御基板と（いずれも図示せず）を含む。ＩＰＭ２７０は、各ＩＧＢＴのゲートのオン／オフにより発熱する。

流路２６０には、ラジエータ４００で外気に熱を放出したＬＬＣが流れる。ＬＬＣは循環路４１０から流入し、流路２６０を流れる際、ＩＰＭ２６０の熱を吸収する。さらに、ＬＬＣは、循環路４２０から流出し、ラジエータ４００で再び外気に熱を放出する。

本実施に形態において、モータ収容部２０４には、さらに、円環状のリアクトル２８０が設けられる。リアクトル２８０は、支持部２８２によりハウジング２０２の内壁に固定される。リアクトル２８０の上部は、電線２８４Ａ，２８４Ｂによりコネクタ３２０に接続され、リアクトル２８０の下部は、電線２８６Ａ，２８４ＢによりＩＰＭ２７０に接続される。リアクトル２８０は、ＭＧ（２）２２０に隣接して設けられ、内側の空洞部分にＭＧ（２）２２０の回転軸２２２が通るように設けられる。

さらに、モータ収容部２０４には、冷却油が充填される。冷却油は、ＭＧ（１）２１０やＭＧ（２）２２０の回転によりモータ収容部２０４の内部を循環し、ＭＧ（１）２１０、ＭＧ（２）２２０、動力分割機構２３０、およびリアクトル２８０の熱を吸収して冷却する。冷却油が吸収した熱は、流路２６０を流れるＬＬＣに放出されたり、ハウジング２０２を経由して外気に放出されたりする。なお、この冷却油は、ＭＧ（１）２１０、ＭＧ（２）２２０および動力分割機構２３０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、モータ収容部２０４内の短絡を防止するために、冷却油には絶縁油が用いられる。

図４を参照して、図２および図３に示すリアクトル２８０について説明する。なお、図４は、リアクトル２８０の斜視図である。

リアクトル２８０は、コア２８０２と、コア２８０２に巻き付けられたコイル２８０４Ａ，２８０４Ｂと、電線２８４Ａ，２８４Ｂと、電線２８６Ａ，２８６Ｂとを含む。

コア２８０２は、円環状に形成される。なお、コア２８０２の形状は、円環状であることに限定されず、たとえば、長方形状の環であってもよい。また、コア２８０２は、環状であれば、ギャップ構造を含んでいてもよい。

コイル２８０４Ａは、上側の端部が電線２８４Ａに接続され、下側の端部が電線２８６Ａに接続される。コイル２８０４Ｂは、上側の端部が電線２８４Ｂに接続され、下側の端部が電線２８６Ｂに接続される。

図４のコイル２８０４Ａ，２８０４Ｂ上に示した矢印の方向に走行用バッテリからの直流電流が流れると、図４のコア２８０２上に示した矢印の方向に磁束が発生する。発生した磁束は、コア２８０２中を循環する。

図５を参照して、ＩＰＭ２７０およびリアクトル２８０を含む電源回路について説明する。この電源回路は、ＩＰＭ２７０およびリアクトル２８０の他に、コンデンサ５００を含む。

ＩＰＭ２７０は、昇圧用ＩＰＭ２７２と、インバータ用ＩＰＭ２７８Ａ，２７８Ｂとを含む。なお、昇圧用ＩＰＭ２７２と、インバータ用ＩＰＭ２７８Ａ，２７８Ｂとは、必ずしも、ＩＰＭ２７０として一体的に設けられることに限定されない。

昇圧用ＩＰＭ２７２は、ＮＰＮトランジスタ２７４Ａ，２７４Ｂを含む。ＮＰＮトランジスタ２７４Ａ，２７４Ｂは、インバータ用ＩＰＭ２７８Ａ，２７８Ｂの電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、ＮＰＮトランジスタ２７４Ａのコレクタは電源ラインに接続され、ＮＰＮトランジスタ２７４Ｂのエミッタはアースラインに接続される。また、各ＮＰＮトランジスタ２７４Ａ，２７４Ｂのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード２７６Ａ，２７６Ｂが接続されている。

リアクトル２８０のコイル２８０４Ａは、一方端が走行用バッテリ２２０の電源ラインに接続され、他方端がＮＰＮトランジスタ２７４Ａ，２７４Ｂの中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタ２７４ＡのエミッタとＮＰＮトランジスタ２７４Ｂのコレクタとの間に接続される。なお、リアクトル２８０および昇圧用ＩＰＭ２７２は、昇圧コンバータ６００を構成する。

昇圧コンバータ６００は、ＥＣＵ（図示せず）によってＮＰＮトランジスタ２７４Ａ，２７４Ｂがオン／オフされ、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５００に供給する。

また、昇圧コンバータ６００は、モータ駆動回路が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、ＭＧ（１）２１０およびＭＧ（２）２２０によって発電され、インバータ用ＩＰＭ２７８Ａ，２７８Ｂ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。

コンデンサ５００は、昇圧コンバータ６００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ＩＰＭ２７８Ａ，２７８Ｂへ供給する。

インバータ用ＩＰＭ２７８Ａ，２７８Ｂ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ＩＰＭ２７８Ａ，２７８Ｂは、ＥＣＵからの制御信号に基づいて各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）２１０と、ＭＧ（２）２２０とに供給する。なお、インバータ用ＩＰＭ２７８Ａ，２７８Ｂ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。

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２００の作用について説明する。

走行用バッテリからの電力が、モータユニット２００を密閉するハウジング２０２の外周面に設けられたコネクタ３２０に供給される。コネクタ３２０は、水没防止のために、ハウジング２０２の上側の外周面に設けられる。一方、ＩＰＭ２７０は、車両への搭載スペースの制約により、モータ収容部２０４の下側に設けられる。そのため、コネクタ３２０とＩＰＭ２７０とは離れた位置に設けられ、コネクタ３２０とＩＰＭ２７０とを接続する配線が必要になる。

そこで、走行用バッテリの電圧を昇圧する昇圧コンバータ６００の一部を構成するリアクトル２８０が、モータ収容部２０４に収容さるとともに、コネクタ３２０とＩＰＭ２７０とに接続される。これにより、コネクタ３２０とＩＰＭ２７０とを接続する専用の配線を低減することができる。

さらに、リアクトル２８０は、ＭＧ（１）２１０、ＭＧ（２）２２０および動力分割機構２３０と同一室内（モータ収容部２０４）に収容される。そのため、リアクトル２８０をＭＧ（１）２１０、ＭＧ（２）２２０および動力分割機構２３０と別々に収容する場合と比べて、ハウジング２０２をより小型化して、モータユニット２００をより小型化することができる。

さらに、ＭＧ（１）２１０、ＭＧ（２）２２０、動力分割機構２３０、およびリアクトル２８０が、モータ収容部２０４に充填された共通の冷却油により冷却される。そのため、リアクトル２８０専用の冷却装置を設ける必要がなく、モータユニット２００をより小型化することができる。

さらに、リアクトル２８０は、円環状に形成されたコア２８０２と、コア２８０２に巻き付けられたコイル２８０４Ａ，２８０４Ｂとで構成される。リアクトル２８０は、内側の空洞部分にＭＧ（２）２２０の回転軸２２２が通るように、支持部２８２によりハウジング２０２の内壁に固定される。これにより、ＭＧ（２）２２０の回転軸２２２とリアクトル２８０との干渉を抑制するとともに、リアクトル２８０をＭＧ（２）２２０に隣接した位置に設けることができ、モータユニット２００をより小型化することができる。

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、ハウジングの上側に設けられたコネクタと、ハウジングの下側に設けられたＩＰＭとが、リアクトルによって接続される。そのため、コネクタとＩＰＭとを接続する専用の配線を低減することができる。

なお、本実施の形態においては、リアクトル２８０が、ＭＧ（１）２１０、ＭＧ（２）２２０および動力分割機構２３０と同一室内（モータ収容部２０４）に収容される場合について説明したが、本発明に係るモータユニットは、これに限定されない。たとえば、リアクトル２８０が、ＭＧ（２）２２０のみと同一室内に収容される場合や、専用の室内に収容される場合であっても、本発明に係るモータユニットは適用できる。

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構造を示す図である。 本発明の実施の形態に係るモータユニットの断面を示す図（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を示す図（その２）である。 本発明の実施の形態に係るモータユニットの内部に収容されるリアクトルを示す図である。 本発明の実施の形態に係るモータユニットの内部に収容されるＩＰＭおよびリアクトルを含む電源回路を示す図である。

符号の説明

１００ エンジン、２００ モータユニット、２０２ ハウジング、２０４ モータ収容部、２０６ ＩＰＭ収容部、２０８ 蓋、２１０ ＭＧ（１）、２２０ ＭＧ（２）、２２２ 回転軸、２２４ ベアリング、２３０ 動力分割機構、２３２ サンギヤ、２３４ ピニオンギヤ、２３６ キャリア、２３８ リングギヤ、２４０ 入力軸、２４２ 出力軸、２５０ 減速機、２６０ 流路、２７０ ＩＰＭ、２７２ 昇圧用ＩＰＭ、２７４Ａ，２７４Ｂ ＮＰＮトランジスタ、２７６Ａ，２７６Ｂ ダイオード、２７８Ａ，２７８Ｂ インバータ用ＩＰＭ、２８０ リアクトル、２８４Ａ，２８４Ｂ，２８６Ａ，２８６Ｂ 電線、３００ ドライブシャフト、３１０ 駆動輪、３２０ コネクタ、３３０ 電力線、４００ ラジエータ、４１０，４２０ 循環路、５００ コンデンサ、６００ 昇圧コンバータ、２８０２ コア、２８０４Ａ，２８０４Ｂ コイル。

Claims (5)

1. 蓄電機構からの電力供給を受けて作動するモータと前記モータを駆動するための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、前記ハウジングの外周面には、前記蓄電機構からの電力線が接続可能なコネクタが設けられ、
   前記モータユニットは、
   前記ハウジングの内部に収容され、前記モータと前記コネクタとの間に電気的に接続されるインバータと、
   前記ハウジングの内部に収容され、前記インバータと前記コネクタとの間に電気的に接続されるリアクトルとを含み、
   前記インバータは、前記コネクタが設けられた側と異なる側の前記ハウジングの内部に収容される、モータユニット。
2. 前記リアクトルは、スイッチング素子との協働によって前記蓄電機構の電圧を昇圧する昇圧回路の一部を構成する、請求項１に記載のモータユニット。
3. 前記リアクトルは、前記モータの冷却用の冷媒にて冷却される、請求項１または２に記載のモータユニット。
4. 前記リアクトルは、電線を巻き付けて構成された環状の形状を有し、かつ前記環状の形状の内側に形成される空洞部分を前記モータの回転軸が通るように設けられる、請求項１〜３のいずれかに記載のモータユニット。
5. 前記コネクタは、前記モータより上側に設けられ、
   前記インバータは、前記モータより下側の前記ハウジングの内部に収容される、請求項１に記載のモータユニット。

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