JP7084810B2 - 駆動ユニット - Google Patents

Description

本発明は、駆動ユニットに関する。

従来、モータを収容する第１ハウジングと、モータに接続される電力変換器を収容する第２ハウジングとを一体化した駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような駆動装置においては、第１ハウジングの突条部と第２ハウジングの突条部との間に、潜熱蓄熱材を配置しているこれにより、モータと電力変換器との間の伝熱を抑制して、モータ及び電力変換器の各々の温度管理を独立的に行うことができるように構成されている。

特開２０１５－１０７０３０号公報

ところで、上記したような駆動装置において、第１ハウジングの突条部と第２ハウジングの突条部との間に潜熱蓄熱材を収容するため、構成が複雑化してしまう。このような一体化した駆動装置において、第１ハウジングの内部空間と第２ハウジングの内部空間との間を仕切る部材には、簡易な構成により、モータと電力変換器との間の伝熱を抑制することが望まれている。

本発明は、モータとインバータとを一体化した構成において、構成の複雑化を抑えつつ、モータとインバータとの間の伝熱を抑制することのできる駆動ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る駆動ユニットは、モータ（例えば、実施形態でのモータ１１）と、前記モータと電力を授受するインバータ（例えば、実施形態でのインバータ３１）と、前記モータ及び前記インバータを収容する筐体（例えば、実施形態でのモータハウジング２５及びケース３３）と、前記モータと前記インバータとの間に配置された仕切り部材（例えば、実施形態での仕切り部材１５）と、を備え、前記仕切り部材は、第１熱伝導部材（例えば、実施形態での第１熱伝導部材４１）と、前記第１熱伝導部材の厚さ方向の両側に配置されるとともに前記第１熱伝導部材よりも熱伝導率が低い一対の第２熱伝導部材（例えば、実施形態での第２熱伝導部材４２）と、を備え、前記第１熱伝導部材は、前記インバータ側の前記筐体（例えば、実施形態でのケース３３）及びヒートシンク（例えば、実施形態での冷却部材６１）の少なくとも何れかに結合されている。

（２）上記（１）に記載の駆動ユニットでは、前記第１熱伝導部材の一部は、前記第２熱伝導部材から露出して、前記インバータ側の前記筐体及び前記ヒートシンクの少なくとも何れかに接触してもよい。

（３）上記（１）又は（２）に記載の駆動ユニットでは、前記モータ側の前記筐体と前記インバータ側の前記筐体とは、前記筐体よりも熱伝導率が低い第３熱伝導部材（例えば、実施形態での封止部材３５）を介して結合されてもよい。

（４）上記（１）から（３）の何れか１つに記載の駆動ユニットでは、前記仕切り部材は、前記インバータのカバーを構成してもよい。

（５）上記（１）から（４）の何れか１つに記載の駆動ユニットでは、前記仕切り部材の外形は、凹部を有する形状又は平板状に形成されてもよい。

（６）上記（１）から（５）の何れか１つに記載の駆動ユニットでは、前記モータ側の前
記第２熱伝導部材の厚さは、前記インバータ側の前記第２熱伝導部材の厚さよりも厚く形
成されてもよい。
（７）上記（１）に記載の駆動ユニットでは、前記第１熱伝導部材の一部は、前記第２熱伝導部材から露出して、前記インバータ側の前記筐体及び前記ヒートシンクの少なくとも何れかに接触しており、前記モータ側の前記筐体に接触していなくてもよい。

上記（１）によれば、第１熱伝導部材よりも熱伝導率が低い一対の第２熱伝導部材によってモータとインバータとの間の伝熱を抑制することができる。モータ側の第２熱伝導部材は、相対的に高温となるモータ側の雰囲気温度がインバータ側に伝熱されることを抑制することができる。また、第１熱伝導部材は、インバータ側の筐体及びヒートシンクの少なくとも何れかに結合されているので、第１熱伝導部材に伝達された熱はインバータ側の筐体又はヒートシンクへの放熱が促される。これらにより、モータ側の雰囲気温度によってインバータ側の雰囲気温度が上昇してしまうことを抑制することができる。

上記（２）の場合、第１熱伝導部材とインバータ側の筐体又はヒートシンクとの間の熱伝導を促進して、第１熱伝導部材に伝達された熱の放熱を促すことができる。
上記（３）の場合、モータ側の筐体とインバータ側の筐体との間の伝熱を抑制することができる。
上記（４）の場合、モータ側からインバータ側へオイルなどの異物が混入することを抑制することができる。
上記（５）の場合、仕切り部材の形状に関する汎用性を向上させることができる。
上記（６）の場合、モータ側の第２熱伝導部材は、相対的に高温となるモータ側の雰囲気温度によってインバータ側の雰囲気温度が上昇してしまうことを抑制することができる。

本発明の実施形態における駆動ユニットの構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態における駆動ユニットの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態における駆動ユニットの仕切り部材の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の実施形態における駆動ユニットの仕切り部材の一部を破断して示す斜視図である。 本発明の実施形態の駆動ユニットを搭載する車両の一部の構成を示す図である。 本発明の実施形態の第１変形例における駆動ユニットの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態の第２変形例における駆動ユニットの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態の第３変形例における駆動ユニットの構成を示す断面図である。

以下、本発明の駆動ユニットの一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態における駆動ユニット１０を示す分解斜視図である。図２は、本発明の実施形態における駆動ユニット１０の構成を示す断面図である。図３は、本発明の実施形態における駆動ユニット１０の仕切り部材１５の一部を拡大して示す断面図である。図４は、本発明の実施形態における駆動ユニット１０の仕切り部材１５の一部を破断して示す斜視図である。
駆動ユニット１０は、例えば、車両１に搭載されている。図１に示すように、駆動ユニット１０は、モータ１１と、モータ１１に一体的に固定される制御ユニット１３と、モータ１１と制御ユニット１３との間に配置された仕切り部材１５と、を備えている。

モータ１１は、例えば、３相交流のブラシレスＤＣモータである。３相は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相である。モータ１１は、界磁用の永久磁石を有するロータ２１と、ロータ２１を回転させる回転磁界を発生させるための３相のステータ巻線を有するステータ２３と、モータハウジング２５と、を備えている。例えば、モータ１１は、ステータ２３の内側にロータ２１が配置されるインナーロータ型である。

モータ１１は、トランスミッションに連結されている。トランスミッションは、例えば、モータハウジング２５に固定されたミッションケース２７内に収容されている。モータ１１のロータ２１の回転軸２１ａは、ミッションケース２７を貫通してトランスミッションに連結されている。

モータハウジング２５の外形は、例えば、有底円筒状に形成されている。モータハウジング２５は、ロータ２１及びステータ２３に加えて、冷媒としての作動油２８を収容している。作動油２８は、モータ１１の運転中において、ロータ２１及びステータ２３と熱交換するとともに、モータハウジング２５内で飛散する。これにより、モータ１１の運転中におけるモータハウジング２５内の雰囲気温度は高くなる。
モータハウジング２５は、制御ユニット１３が配置される搭載台２９を備えている。搭載台２９の外形は、例えば、矩形筒状に形成されている、搭載台２９は、モータハウジング２５の外周面上に設けられている。

制御ユニット１３は、モータ１１と電力を授受するインバータ３１と、ケース３３と、を備えている。インバータ３１は、モータ１１の３相のステータ巻線と接続されている。なお、制御ユニット１３は、インバータ３１に加えて、昇圧回路、制御基板、及び電流センサなどを備えてもよい。

ケース３３の外形は、例えば、箱型に形成されている。ケース３３は、インバータ３１を収容している。図２及び図３に示すように、モータハウジング２５とケース３３とは、例えば、モータハウジング２５及びケース３３よりも熱伝導率が低い封止部材３５を介して結合されている。

封止部材３５は、例えば、紙パッキンなどの断熱性の部材である。封止部材３５の外形は、例えば、矩形の環板状に形成されている。封止部材３５は、例えば、モータハウジング２５における搭載台２９の先端２９ａと、ケース３３の周縁の開口端３３ａとの間に配置されている。封止部材３５は、モータハウジング２５とケース３３との間の直接的な伝熱を抑制する。

仕切り部材１５の外形は、例えば、モータ１１側に凹形状となる凹部１５ａを有するバスタブ状に形成されている。図３及び図４に示すように、仕切り部材１５は、第１熱伝導部材４１と、第１熱伝導部材４１よりも熱伝導率が低い一対の第２熱伝導部材４２と、を備えている。一対の第２熱伝導部材４２は、第１熱伝導部材４１を厚さ方向の両側から挟み込むようにして、第１熱伝導部材４１に積層されている。一対の第２熱伝導部材４２のうち、モータ１１側に配置されるモータ側熱伝導部材４２ａの厚さは、インバータ３１側に配置されるインバータ側熱伝導部材４２ｂの厚さよりも厚く形成されている。
第１熱伝導部材４１は、例えば、スチール、銅、又はアルミニウムなどの金属材料によって形成されている。第２熱伝導部材４２は、例えば、ポリアミドなどの樹脂材料によって形成されている。なお、第２熱伝導部材４２は、断熱性の材料によって形成されてもよい。

仕切り部材１５は、制御ユニット１３のケース３３に結合されている。例えば、仕切り部材１５の周縁部において、一対の第２熱伝導部材４２から露出した第１熱伝導部材４１の端部４１ａは、ケース３３の開口端３３ａに直接に接触している。第１熱伝導部材４１の端部４１ａは、例えば、インバータ側熱伝導部材４２ｂの一部が切除されることなどによって、ケース３３側において第２熱伝導部材４２から露出した露出部４１ｂを有している。第１熱伝導部材４１は、モータハウジング２５側において第２熱伝導部材４２から露出せず、モータハウジング２５に直接に接触していない。

以下に、本実施形態の駆動ユニット１０を搭載する車両１の一例について説明する。図５は、本実施形態の駆動ユニット１０を搭載する車両１の一部の構成を示す図である。
図５に示すように、車両１は、バッテリ５１（ＢＡＴＴ）と、走行駆動用のモータ１１（ＭＯＴ）と、制御ユニット１３と、を備える。
バッテリ５１は、例えば、車両１の動力源である高圧のバッテリである。バッテリ５１は、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールと、を備えている。バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備えている。バッテリ５１は、制御ユニット１３の直流コネクタ１３ａに接続される正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢを備えている。正極端子ＰＢ及び負極端子ＮＢは、バッテリケース内において直列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端及び負極端に接続されている。
モータ１１は、バッテリ５１から供給される電力によって回転駆動力（力行動作）を発生させる。モータ１１は、回転軸に入力される回転駆動力によって発電電力を発生させてもよい。モータ１１には、内燃機関の回転動力が伝達可能に構成されてもよい。

制御ユニット１３は、インバータ３１を構成するパワーモジュール５２及びコンデンサユニット５３と、抵抗器５４と、第１電流センサ５５と、第２電流センサ５６と、電子制御ユニット５７（ＭＯＴ ＥＣＵ）と、ゲートドライブユニット５８（Ｇ／Ｄ）と、を備えている。

パワーモジュール５２は、例えば、３相コネクタ１３ｂによってモータ１１の３相のステータ巻線に接続されている。パワーモジュール５２は、バッテリ５１から入力される直流電力を３相交流電力に変換する。パワーモジュール５２は、モータ１１から入力される３相交流電力を直流電力に変換してもよい。パワーモジュール５２によって変換された直流電力は、バッテリ５１に供給することが可能である。

パワーモジュール５２は、ブリッジ接続される複数のスイッチング素子によって形成されるブリッジ回路を備えている。例えば、スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、又はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）等のトランジスタである。例えば、ブリッジ回路においては、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＵ相トランジスタＵＨ，ＵＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＶ相トランジスタＶＨ，ＶＬと、対を成すハイサイドアーム及びローサイドアームＷ相トランジスタＷＨ，ＷＬとが、それぞれブリッジ接続されている。

ハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨは、コレクタが正極バスバーＰＩに接続されてハイサイドアームを構成している。各相においてハイサイドアームの各正極バスバーＰＩは、コンデンサユニット５３の正極バスバー５３ｐに接続されている。
ローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、エミッタが負極バスバーＮＩに接続されてローサイドアームを構成している。各相においてローサイドアームの各負極バスバーＮＩは、コンデンサユニット５３の負極バスバー５３ｎに接続されている。
なお、各正極バスバーＰＩ，５３ｐ同士の接続及び各負極バスバーＮＩ，５３ｎ同士の接続には、例えば、ボルト締結よりも小型であるとともに、絶縁部位の熱損傷を抑制するように、レーザ溶接又はクリップによる接続などが採用されている。

各相においてハイサイドアームの各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのエミッタは、接続点ＴＩにおいてローサイドアームの各トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのコレクタに接続されている。
パワーモジュール５２の各相において接続点ＴＩを形成する入出力バスバー５９は入出力端子Ｑ１に接続されている。入出力端子Ｑ１は、３相コネクタ１３ｂに接続されている。パワーモジュール５２の各相の接続点ＴＩは、入出力バスバー５９、入出力端子Ｑ１、及び３相コネクタ１３ｂを介してモータ１１の各相のステータ巻線に接続されている。
ブリッジ回路は、各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのコレクタ－エミッタ間においてエミッタからコレクタに向けて順方向となるように接続されるダイオードを備えている。

パワーモジュール５２は、ゲートドライブユニット５８から各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬのゲートに入力されるスイッチング指令であるゲート信号に基づき、各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）を切り替える。パワーモジュール５２は、バッテリ５１から入力される直流電力を３相交流電力に変換し、モータ１１の３相のステータ巻線への通電を順次転流させることで、３相のステータ巻線に交流のＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流を通電する。パワーモジュール５２は、モータ１１の回転に同期がとられた各相のトランジスタ対のオン（導通）／オフ（遮断）駆動によって、モータ１１の３相のステータ巻線から出力される３相交流電力を直流電力に変換してもよい。

コンデンサユニット５３は、平滑コンデンサ５３ａと、ノイズフィルタ５３ｂと、を備えている。
平滑コンデンサ５３ａは、正極バスバー５３ｐ及び負極バスバー５３ｎを介して、パワーモジュール５２の複数の正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩ間に接続されている。平滑コンデンサ５３ａは、パワーモジュール５２の各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬのオン／オフの切換動作に伴って発生する電圧変動を平滑化する。

ノイズフィルタ５３ｂは、正極バスバー５３ｐ及び負極バスバー５３ｎを介して、パワーモジュール５２の複数の正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩ間に接続されている。ノイズフィルタ５３ｂは、直列に接続される２つのコンデンサを備えている。２つのコンデンサの接続点は、車両１のボディグラウンド等に接続されている。
抵抗器５４は、正極バスバー５３ｐ及び負極バスバー５３ｎを介して、パワーモジュール５２の複数の正極バスバーＰＩ及び負極バスバーＮＩ間に接続されている。

第１電流センサ５５は、パワーモジュール５２の各相の接続点ＴＩを成し、入出力端子Ｑ１と接続される入出力バスバー５９に配置され、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各々の電流を検出する。第２電流センサ５６は、抵抗器５４と直流コネクタ１３ａとの間に配置され、バッテリ５１の出力電流を検出する。
第１電流センサ５５及び第２電流センサ５６の各々は、信号線によって電子制御ユニット５７に接続されている。

電子制御ユニット５７は、モータ１１の各々の動作を制御する。例えば、電子制御ユニット５７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、及びタイマー等の電子回路を備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。なお、電子制御ユニット５７の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路であってもよい。例えば、電子制御ユニット５７は、第１電流センサ５５の電流検出値とモータ１１に対するトルク指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット５８に入力する制御信号を生成する。例えば、電子制御ユニット５７は、第１電流センサ５５の電流検出値とモータ１１に対する回生指令値に応じた電流目標値とを用いる電流のフィードバック制御等を実行し、ゲートドライブユニット５８に入力する制御信号を生成してもよい。制御信号は、パワーモジュール５２の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬをオン（導通）／オフ（遮断）駆動するタイミングを示す信号である。例えば、制御信号は、パルス幅変調された信号等である。

ゲートドライブユニット５８は、電子制御ユニット５７から受け取る制御信号に基づいて、パワーモジュール５２の各トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨ，ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを実際にオン（導通）／オフ（遮断）駆動するためのゲート信号を生成する。例えば、ゲートドライブユニット５８は、制御信号の増幅及びレベルシフト等を実行して、ゲート信号を生成する。

上述したように、本実施形態の駆動ユニット１０によれば、仕切り部材１５によってモータ１１とインバータ３１との間の伝熱を抑制しつつ、モータ１１及びインバータ３１の発熱に対して放熱を促すことができる。第１熱伝導部材４１を挟み込む一対の第２熱伝導部材４２によってモータ１１とインバータ３１との間の伝熱を抑制することができる。モータ側熱伝導部材４２ａは、相対的に高温となるモータ１１側の雰囲気温度がインバータ３１側に伝熱されることを抑制することができる。
さらに、一対の第２熱伝導部材４２よりも熱伝導率が高い第１熱伝導部材４１は、制御ユニット１３のケース３３に直接に接触して結合されているので、第１熱伝導部材４１に伝達された熱はケース３３への放熱が促される。これにより、モータ１１側の雰囲気温度によってインバータ３１側の雰囲気温度が上昇してしまうことを抑制することができる。

また、モータハウジング２５とケース３３とは封止部材３５を介して結合され、直接に接触していないので、モータハウジング２５とケース３３との間の伝熱を抑制することができる。
また、モータ側熱伝導部材４２ａはインバータ側熱伝導部材４２ｂよりも厚く形成されているので、インバータ３１側に比べて相対的に高温となるモータ１１側からインバータ３１側への伝熱を抑制することができる。

以下、実施形態の変形例について説明する。
図６は、本発明の実施形態の第１変形例における駆動ユニット１０の構成を示す断面図である。上述した実施形態において、仕切り部材１５の外形は、凹部１５ａを有するバスタブ状に形成されているとしたが、これに限定されない。仕切り部材１５の外形は、他の形状に形成されてもよい。図６に示す第１変形例において、仕切り部材１５の外形は、平板状に形成されている。
この第１変形例によれば、仕切り部材１５の形状に関する汎用性を向上させることができる。

図７は、本発明の実施形態の第２変形例における駆動ユニット１０の構成を示す断面図である。図７に示す第２変形例のように、上述した実施形態において、制御ユニット１３は、インバータ３１を搭載する冷却部材６１を備えてもよい。冷却部材６１は、例えば、ヒートシンク及びウォータージャケットなどである。
この第２変形例によれば、第１熱伝導部材４１に伝達された熱の放熱を促すことができる。

図８は、本発明の実施形態の第３変形例における駆動ユニット１０の構成を示す断面図である。上述した実施形態において、仕切り部材１５は、インバータ３１のカバーを構成してもよい。図８に示す第３変形例において、制御ユニット１３は、箱型のケース３３の代わりに、板状のハウジング６２を備えている。仕切り部材１５は、インバータ３１を覆うようにハウジング６２に結合されている。
この第３変形例によれば、モータ１１側からインバータ３１側へオイルなどの異物が混入することを抑制することができる。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…駆動ユニット、１１…モータ、１５…仕切り部材、２５…モータハウジング（筐体）、３１…インバータ、３３…ケース（筐体）、３５…封止部材（第３熱伝導部材）、４１…第１熱伝導部材、４２…第２熱伝導部材、４２ａ…モータ側熱伝導部材、４２ｂ…インバータ側熱伝導部材

Claims (7)

1. モータと、
   前記モータと電力を授受するインバータと、
   前記モータ及び前記インバータを収容する筐体と、
   前記モータと前記インバータとの間に配置された仕切り部材と、
   を備え、
   前記仕切り部材は、
   第１熱伝導部材と、前記第１熱伝導部材の厚さ方向の両側に配置されるとともに前記第１熱伝導部材よりも熱伝導率が低い一対の第２熱伝導部材と、
   を備え、
   前記第１熱伝導部材は、前記インバータ側の前記筐体及びヒートシンクの少なくとも何れかに結合されている、
   ことを特徴とする駆動ユニット。
2. 前記第１熱伝導部材の一部は、前記第２熱伝導部材から露出して、前記インバータ側の前記筐体及び前記ヒートシンクの少なくとも何れかに接触している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動ユニット。
3. 前記モータ側の前記筐体と前記インバータ側の前記筐体とは、前記筐体よりも熱伝導率が低い第３熱伝導部材を介して結合されている、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の駆動ユニット。
4. 前記仕切り部材は、前記インバータのカバーを構成している、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の駆動ユニット。
5. 前記仕切り部材の外形は、凹部を有する形状又は平板状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の駆動ユニット。
6. 前記モータ側の前記第２熱伝導部材の厚さは、前記インバータ側の前記第２熱伝導部材の厚さよりも厚く形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の駆動ユニット。
7. 前記第１熱伝導部材の一部は、前記第２熱伝導部材から露出して、前記インバータ側の前記筐体及び前記ヒートシンクの少なくとも何れかに接触しており、前記モータ側の前記筐体に接触していない、
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動ユニット。

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