JP6373184B2 - バスバーユニット - Google Patents

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Description

本発明は、バスバーを保持する絶縁性保持部材が、回転体を横切って配設されているバスバーユニットに関する。
従来、ハイブリッド電気自動車(HEV)や電気自動車(EV)では、ギヤ列などの回転体を収納する回転体収納ケース内に電気機械であるモータジェネレータを内蔵し、車両の運転状態に応じて、バッテリからの給電により駆動力を発生する力行と、駆動力を受けて電力を発生する回生とが行われる。
又、HEVやEVには、モータジェネレータを力行、或いは回生動作させる手段としてインバータが備えられている。インバータとモータジェネレータとは三相線を介して電気的に接続されており、力行時はバッテリからの直流電力をインバータが三相交流電力に変換し、モータジェネレータに給電して駆動力を発生させ、一方、回生時はモータジェネレータで発生した三相交流電力をインバータで直流電力に変換してバッテリに蓄電させる。
インバータは回転体収納ケースの外部に配設されているため、回転体収納ケース内のモータジェネレータとインバータとは回転体収納ケースに設けた端子台を仲介して電気的に接続されており、回転体収納ケース内ではモータジェネレータと端子台とが三相バスバーを介して接続されている場合が多い。
例えば、モータジェネレータが回転体収納ケースの前部にある場合、一般にバッテリは変速機の後方に配置されているため、インバータは変速機の後部付近に配設される。この場合、このモータジェネレータとインバータとの間を接続する三相バスバーを回転体収納ケースの外部に配線することも考えられるが、外力にて受傷し易いため、回転体収納ケース内を配線することが好ましい。しかし、回転体収納ケース内に三相バスバーを配線した場合、冷却性が問題となる。
この対策として、例えば特許文献1(特開2007−159314号公報)には、回転体収納ケース(変速機ケース)内で回転するギヤにて掻き上げられた潤滑油を、三相バスバーに付着させることで、三相バスバーに発生した熱を冷却する技術が開示されている。
特開2007−159314号公報
ところで、三相バスバーを回転体収納ケース内に配線する場合、各バスバーの絶縁性を確保するため、絶縁性保持部材に収納保持した状態で配線する場合が多い。
しかし、三相バスバーを絶縁性保持部材に収納した状態で保持させると、各バスバーに潤滑油が付着し難くなり、潤滑油による冷却効率が低下してしまう不都合がある。
本発明は、上記事情に鑑み、バスバーを絶縁性保持部材で保持した状態であっても、潤滑油にて効率良く冷却することのできるバスバーユニットを提供することを目的とする。
本発明は、モータとジェネレータとの少なくとも一方の機能を有する電気機械と電気部品とを電気的に接続するバスバーと、前記バスバーを保持する絶縁性保持部材とを備えるバスバーユニットにおいて、前記絶縁性保持部材は前記バスバーを保持する溝部を有し、前記溝部に前記バスバーを収容保持する前記絶縁性保持部材は、絶縁性潤滑油が貯留されている回転体収納ケース内に対し、該回転体収納ケース内に設けられている回転体を横切って配設されていることを特徴とする。
本発明によれば、電気機械と電気部品とを電気的に接続するバスバーを溝部に収容保持する絶縁性保持部材が、絶縁性潤滑油が貯留されている回転体収納ケース内に対し、この回転体収納ケース内に設けた回転体を横切って配設されているので、回転体によって掻き上げられた絶縁性潤滑油を溝部内に直接、流入させることができる。その結果、バスバーを絶縁性保持部材で保持した状態であっても、絶縁性潤滑油にて効率良く冷却することができる。
ハイブリッド電気自動車のパワートレインの概略構成図 ハイブリッド電気自動車のパワートレインの概略側面図 ハイブリッド電気自動車のパワートレインの概略平面図 図2に示すバスバーケースのIV-IV断面図 図2に示すバスバーケースのV-V断面図 バスバーケースの要部拡大図 三相バスバーの斜視図 図6の要部I部拡大図であり、(a)は壁面に潤滑油の掻き上による押圧力が作用しない状態の拡大図、(b)は壁面に潤滑油の掻き上げによる押圧力が作用した状態の拡大図
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図1に示すハイブリッド電気自動車1は、車体前部にエンジン2が搭載され、このエンジン2の後部に変速機3が連続されている。更に、この変速機3の後方であって、フロアパネル4の下面にバッテリ5が取付けられている。このバッテリ5は、複数のバッテリセルが一体化されたバッテリモジュール5aを、複数直列に接続して構成された組電池である。
更に、このバッテリ5が通電ケーブル6を介してインバータ7に接続され、又、このインバータ7が変速機3の回転体収納ケースとしてのケース(変速機ケース)3aに固設されて、変速機ケース3aの内外配線を中継する電気部品としての端子台(ケース端子台)8に高電圧三相ケーブル9U,9V,9Wを介して接続されている。尚、符号11はラジエータ、12fは前輪、12rは後輪である。
次に、変速機3の基本的な内部構造について説明する。図2、図3に示すように、本実施形態によるハイブリッド電気自動車1は、変速機ケース3aに、電気機械としての第1モータジェネレータMG1及び第2モータジェネレータMG2を内装する2モータ方式が採用されている。この両モータジェネレータMG1,MG2は、インバータ7の制御によりモータとジェネレータとの双方の動作が可能である。従って、インバータ7の制御によってはモータのみ、ジェネレータのみの動作とすることも可能である。尚、この変速機3には前後進切換機構や変速機構等が備えられているが、これらの記載は省略する。
第1モータジェネレータMG1は、変速機ケース3a内の前部に配設されて、エンジン2の出力軸2aにクラッチ機構16を介して連設されている。
一方、第2モータジェネレータMG2は変速機ケース3aの後部に配設されており、駆動ギヤ17aと従動ギヤ17bとからなる、回転体としての第1ギヤ列17を介して、前輪出力軸18に連設されている。この前輪出力軸18が終減速機を一体に有するデファレンシャル機構19を介して、左右の前輪12fを支持する前輪軸20に連設されている。尚、この第1ギヤ列17は、走行時は常時回転している。
更に、クラッチ機構16と第1モータジェネレータMG1のモータ軸21との間が、前輪出力軸18に、駆動ギヤ22aと従動ギヤ22bとからなる第2ギヤ列22を介して連設されている。
又、モータ軸21と駆動ギヤ22aとの間に動力分割機構23が設けられている。この動力分割機構23はエンジン2の出力を第1モータジェネレータMG1と第2ギヤ列22を介して前輪出力軸18とに対して所定の比率で配分するもので、いわゆるシリーズ・パラレル・ハイブリッドシステムが構築されている。すなわち、動力分割機構23がエンジン2の出力軸2aと第2ギヤ列22との動力伝達を遮断し、第1モータジェネレータMG1と連設させることで、第1モータジェネレータMG1が発電機として機能し、前輪12fは第2モータジェネレータMG2の出力のみで駆動する、シリーズハイブリッドモードとなる。尚、この場合、バッテリ5の残量に余裕がある場合はエンジン2を停止させる。
一方、動力分割機構23がエンジン2の出力軸2aと第2ギヤ列22の駆動ギヤ22aとを機械的に接続させることで、前輪12fはエンジン2と第2モータジェネレータMG2の出力との双方で駆動されるパラレルハイブリッドモードとなる。尚、パラレルハイブリッドモードにおいて、エンジン2の出力に余力がある場合は、動力分割機構23にてエンジン2の出力の一部を第1モータジェネレータMG1へ配分して、第1モータジェネレータMG1の発電によりバッテリ5に充電させる。尚、動力分割機構23による動力配分の切り替え動作、及びインバータ7による電力の変換制御は、図示しないHEV制御ユニットにて実行されるが、HEV制御ユニットでは従来と同様の制御が行われるため、詳細な説明は省略する。
又、第1モータジェネレータMG1の外部ケース(図示せず)には、第1モータジェネレータMG1の上部一側、すなわち、変速機ケース3aの内壁面3bに近接する位置にモータ端子台24が固設されている。更に、このモータ端子台24に、第1モータジェネレータMG1の各ステータコイル(U相、V相、W相)が接続されて、このモータ端子台24と変速機ケース3aの後底部に固設されたケース端子台8とが、三相バスバー31を介して接続されている。図8に示すように、この三相バスバー31は、ステータコイル(U相、V相、W相)に対応する各バスバー31U,31V,31Wを有し、この各バスバー31U,31V,31Wが、絶縁性保持部材としてのバスバーケース32に収容保持されている。尚、バスバーケース32と各バスバー31U,31V,31Wとでバスバーユニットが構成されている。
バスバーケース32は、樹脂等の絶縁性を有する材料で形成され、図2に示すように、ケース縦部33とケース横部34とを有する略L字状に形成されている。図3に示すように、このバスバーケース32は、変速機ケース3aの内壁にほぼ沿って配設されており、ケース縦部33はモータ端子台24から変速機ケース3aの内壁面3bに沿って、第1モータジェネレータMG1とギヤ列17との間をほぼ縦方向へ、変速機ケース3aの底部付近まで延在されている。又、ケース横部34はケース縦部33の下端に一端が連続されて後部横方向へ、第1ギヤ列17の従動ギヤ17bの径方向に近接した状態で、且つ、この従動ギヤ17bを横切って延在されている。
変速機ケース3a内には絶縁性潤滑油(以下、単に「潤滑油」と称する)が貯留されており、第1ギヤ列17の従動ギヤ17bの回転により、この潤滑油が掻き上げられる。バスバーケース32は、従動ギヤ17bの掻き上げ方向(図5の右側)の内壁面に、バスバーケース32に形成されたブラケット32aを介して固定されている。
図4、図5に示すように、このケース縦部33には、三相バスバー31の各バスバー31U,31V,31Wを収容保持する縦溝部33U,33V,33Wが形成され、その開口面が変速機ケース3aの後方に指向されている。又、ケース横部34には、ケース縦部33に形成された各縦溝部33U,33V,33Wに連続する横溝部34U,34V,34Wが形成され、その開口面が変速機ケース3aの上方に指向されている。
又、ケース縦部33の縦溝部33U,33V,33W間を区画する仕切り壁33a,33bと、ケース横部34に形成されている横溝部34U,34V,34W間を区画する仕切り壁34a,34bとは、必要な絶縁距離(空間距離、及び沿面距離)を有している。尚、図5においては、図面を解りやすくするため、ケース縦部33の各縦溝部33U,33V,33Wに装着されるバスバー31U,31V,31Wが省略されている。
又、図4、図6に示すように、縦溝部33U,33V,33W、及び横溝部34U,34V,34Wは、各バスバー31U,31V,31Wをやや奥まった位置に留置保持させる溝深さに形成されており、各バスバー31U,31V,31Wの上方に油溜り33c,34gが形成される。更に、ケース横部34に形成された各横溝部34U,34V,34Wは従動ギヤ17bに近接する下から離間する上方へ階段状に高くなるように形成されており、各仕切り壁34a,34bの上部が従動ギヤ17b側へ露呈されている。又、この仕切り壁34a,34b、及び前壁部34cの板厚が、従動ギヤ17bにより掻き上げられる潤滑油の押圧力を受けて可撓自在にされている。因みに、三相バスバー31の各バスバー31U,31V,31Wは、当然、各縦溝部33U,33V,33Wと各横溝部34U,34V,34Wに収まる形状に形成されている。
又、図5、図6に示すように、ケース横部34の横溝部34Uを形成する前壁部34cに連続して潤滑油ガイド部としての潤滑油ガイドプレート34dが形成されている。この潤滑油ガイドプレート34dの内面は、従動ギヤ22bに所定間隔を開けてほぼ沿った曲率に形成されており、先端が、従動ギヤ22bの最低部よりもやや前方へ延在されている。
この潤滑油ガイドプレート34dは従動ギヤ22bの底部付近を覆うことで、変速機ケース3aの底部に滞留する潤滑油と従動ギヤ17bとの間を仕切り、油面の波立ち抑えるバッフルプレートとして機能するため、従動ギヤ17bが受ける攪拌抵抗を軽減することができる。又、この潤滑油ガイドプレート34dの内面が従動ギヤ17bにほぼ沿った曲率で形成されているため、この従動ギヤ17bによって掻き上げられた潤滑油を、各横溝部34U,34V,34W方向へ効率良く導くことができる。尚、図2に示すように、ケース端子台8に接続する各バスバー31U,31V,31Wの端子部が突出する各横溝部34U,34V,34Wの端部は開口されている。従って、各横溝部34U,34V,34Wに流入した潤滑油の一部は、この開口端部から排出される。
又、このケース横部34の後壁部34eが変速機ケース3aの内壁面3bに沿って上方へ従動ギヤ17bの最頂部をやや越える付近まで延在され、その上端に潤滑油受部としての油受プレート34fが形成されている。この油受プレート34fは従動ギヤ17bの回転により掻き上げられた潤滑油を受けて横溝部34U,34V,34W方向へ滴下させるもので、駆動ギヤ17a側へ斜め上方に傾斜されている。尚、第2モータジェネレータMG2に対する配線は従来と同様であるため説明を省略する。
次に、このような構成による本実施形態の作用について説明する。シリーズハイブリッドモードでは、動力分割機構23が、基本的に、エンジン2の出力軸2aと第2ギヤ列22の駆動ギヤ22aとの間を遮断し、出力軸2aと第1モータジェネレータMG1のモータ軸21とを連設させる。
その結果、エンジン2の駆動力で第1モータジェネレータMG1が発電動作し、発生した三相交流電力は、モータ端子台24と変速機ケース3aの後底部に固設されているケース端子台8との間を接続する三相バスバー31の各バスバー31U,31V,31Wを経て、このケース端子台8に外部から接続されている高電圧三相ケーブル9U,9V,9Wを介してインバータ7に入力される。そして、このインバータ7にて直流電力に変換されてバッテリ5に蓄電される。尚、始動時はバッテリ5の直流電力をインバータ7にて三相交流電力に変換し、第1モータジェネレータMG1に給電することで、この第1モータジェネレータMG1をスタータとして機能させる。
一方、パラレルハイブリッドモードでは、動力分割機構23がエンジン2の出力軸2aとギヤ列22の駆動ギヤ22aとを機械的に接続させ、前輪12fをエンジン2と第2モータジェネレータMG2の出力との双方で駆動させる。その際、エンジン2の出力に余力がある場合は、動力分割機構23にてエンジン2の出力の一部を第1モータジェネレータMG1へ配分し、第1モータジェネレータMG1を発電動作させる。
三相バスバー31を通電する三相交流電力は高電圧であるため高温化し易い。そのため、本実施形態では、走行時において回転転する第1ギヤ列17の回転により掻き上げられた潤滑油を三相バスバー31の各バスバー31U,31V,31Wを収容する縦溝部33U,33V,33W、及び横溝部34U,34V,34Wに掛けることで冷却させるようにしている。
すなわち、図5に示すように、第1ギヤ列17の駆動ギヤ17aは、バスバーケース32に対して潤滑油を掻き下げる方向へ回転し、一方、従動ギヤ17bは潤滑油を掻き上げる方向に回転する。この駆動ギヤ17aの回転により掻き下げられた潤滑油は、バスバーケース32の油受プレート34fの上面、及びその周辺に飛散し、それらの一部がケース縦部33の開口面から、縦溝部33U,33V,33Wと各バスバー31U,31V,31Wによって形成された縦油溜り33cに流れ込み、この縦油溜り33cに沿って流下し、各バスバー31U,31V,31Wを冷却する。従って、油受プレート34fは、図2において、ケース縦部33方向へ下方傾斜させて、潤滑油がケース縦部33側へ流れるようにすれば、より高い冷却効果を得ることができる。
一方、従動ギヤ17bの回転によって掻き上げられた潤滑油の一部は、図5、図6に示すように、油受プレート34fの内面や後壁部34eに衝突して流下され、或いは横溝部34U,34V,34Wと各バスバー31U,31V,31Wとによって形成された横油溜り34gに直接掛けられる。そして、これらの潤滑油が横油溜り34gに流入して、各バスバー31U,31V,31Wを冷却する。従って、横溝部34U,34V,34Wを、図2において、反ケース縦部33側へ下方傾斜させれば、潤滑油がケース横部34の端部から流れ落ちるため、潤滑油の循環効率が良くなり、より高い冷却効果を得ることができる。
又、従動ギヤ17bの下方には、この従動ギヤ17bの曲率にほぼ沿った形状の潤滑油ガイドプレート34dが前壁部34cから延在されているため、これが、変速機ケース3aの底部に滞留する潤滑油と従動ギヤ17bとの間を仕切り、油面の波立ちを抑制するバッフルプレートとして機能するので、従動ギヤ17bが受ける攪拌抵抗を軽減することができる。更に、この潤滑油ガイドプレート34dに、従動ギヤ17bの回転により掻き下げられた潤滑油が捕捉されるため、油受プレート34fや後壁部34e方向へ効率良く掻き上げることができる。その結果、横油溜り34gに潤滑油が流入し易くなり、より高い冷却効率を得ることができる。
又、図8(a)に示すように、各横溝部34U,34V,34Wと、これに装着される各バスバー31U,31V,31Wとの間には、僅かな間隙が設けられており、この間隙により、エンジン2や変速機3が稼働する際の振動の影響を受けて各バスバー31U,31V,31Wと横溝部34U,34V,34Wとの間にガタつきが発生して騒音となる。
本実施形態では、図5、図6に示すように、各横溝部34U,34V,34Wを仕切る仕切り壁34a,34b、及び横溝部34Uの前部を仕切る前壁部34cが、従動ギヤ17bから離間する方向へ階段状に高く形成されているため、図8(b)に矢印で示すように、従動ギヤ17bで掻き上げられた潤滑油が、各仕切り壁34a,34b、及び前壁部34cに衝突させることができる。その結果、仕切り壁34a,34b、及び前壁部34cは潤滑油の押圧力で撓み、各バスバー31U,31V,31Wの少なくとも上部が横溝部34U,34V,34Wに挟持されて、ガタつき音の発生が抑制される。又、各バスバー31U,31V,31Wは硬質であるため、横溝部34U,34V,34Wにて挟持されていることで、縦溝部33U,33V,33W内でのガタつきも抑制される。
このように、本実施形態では、三相バスバー31の各バスバー31U,31V,31Wを収容保持するバスバーケース32のケース横部34が、従動ギヤ17bを横切って、この従動ギヤ17bの書き上げ方向に配設されているので、この従動ギヤ17bによって掻き上げられた潤滑油を、各バスバー31U,31V,31Wに積極的に掛けることで、効率良く冷却させることができる。
又、縦溝部33U,33V,33Wと横溝部34U,34V,34Wとの開口面と、各バスバー31U,31V,31Wとの間に油溜り33c,34gが形成されるので、掛けられた潤滑油は、この油溜り33c,34gを流れながら掛け流されるため、各バスバー31U,31V,31Wはより効率よく冷却される。
更に、ケース横部34に形成されている潤滑油ガイドプレート34dが油面の波立ちを抑制するバッフルプレートとして機能しているため、この従動ギヤ17bの攪拌抵抗を抑制することができる。又、この潤滑油ガイドプレート34dにて、従動ギヤ17bによって掻き上げられる潤滑油をケース横部34側へ導くようにしているので、各横溝部34U,34V,34Wに多くの潤滑油を掛ることができる。
更に、ケース横部34に掛けられた潤滑油は後壁部34eと油受プレート34fとに被着されて、各横溝部34U,34V,34Wに滴下させることができ、各バスバー31U,31V,31Wをより効率的に冷却させることができる。又、各横溝部34U,34V,34Wを区画する前壁部34c、仕切り壁34a,34bは、従動ギヤ17bにて掻き上げられた潤滑油の押圧力で撓み、各バスバー31U,31V,31Wを挟持するようしているので、変速機3が稼働した際に生じるガタつき音を抑制することができる。
尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば、各バスバー31U,31V,31Wは、予めバスバーケース32にインサート成形されていても良い。又、第2モータジェネレータMG2に三相バスバーを介して接続するケース端子台を変速機ケース3aの前底部に配設すれば、三相バスバーを、従動ギヤ17bを横切って配線させることができるため、この三相バスバーを、前述したバスバーケース32と同様の構造のものに装着することで、この三相バスバーに対しても同様の効果を得ることができる。
1…ハイブリッド電気自動車
3…変速機
3a…変速機ケース
3b…内壁面
7…インバータ
8…ケース端子台
9U,9V,9W…高電圧三相ケーブル
17…第1ギヤ列
17a,22a…駆動ギヤ
17b,22b…従動ギヤ
22…第2ギヤ列
23…動力分割機構
24…モータ端子台
31…三相バスバー
31U,31V,31W…バスバー
32…バスバーケース
33…ケース縦部
33c…縦油溜り
33U,33V,33W…縦溝部
33a,33b,34a,34b…仕切り壁
34…ケース横部
34U,34V,34W…横溝部
34c…前壁部
34d…潤滑油ガイドプレート
34e…後壁部
34f…油受プレート
34g…横油溜り
MG1…第1モータジェネレータ
MG2…第2モータジェネレータ

Claims (6)

  1. モータとジェネレータとの少なくとも一方の機能を有する電気機械と電気部品とを電気的に接続するバスバーと、
    前記バスバーを保持する絶縁性保持部材と
    を備えるバスバーユニットにおいて、
    前記絶縁性保持部材は前記バスバーを保持する溝部を有し、
    前記溝部に前記バスバーを収容保持する前記絶縁性保持部材は、絶縁性潤滑油が貯留されている回転体収納ケース内に対し、該回転体収納ケース内に設けられている回転体を横切って配設されている
    ことを特徴とするバスバーユニット。
  2. 前記絶縁性保持部材の少なくとも前記回転体を横切る部位では、前記溝部の開口面が上方に指向されている
    ことを特徴とする請求項1記載のバスバーユニット。
  3. 前記縁性保持部材の少なくとも前記回転体を横切る部位では、前記溝部の前記開口面の上方に庇状の潤滑油受部が設けられている
    ことを特徴とする請求項2に記載のバスバーユニット。
  4. 前記絶縁性保持部材に、前記回転体の少なくとも下面を覆う潤滑油ガイド部が設けられている
    ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のバスバーユニット。
  5. 前記絶縁性保持部材は複数の前記バスバーを保持しており、該絶縁性保持部材の少なくとも前記回転体を横切る部位では、各バスバーを収容する複数の前記溝部が下から上方へ段状に形成され、
    隣接する前記溝部を仕切る仕切壁の上部が下段の該溝部から上方に突出露呈されている
    ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のバスバーユニット。
  6. 前記仕切壁は、前記回転体の回転により掻き上げられる前記絶縁製潤滑油の押圧力を受けて可撓自在な板厚に形成されている
    ことを特徴とする請求項5記載のバスバーユニット。
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