JP7669952B2 - 機電一体ユニット - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、車両用の機電一体ユニットに関する。

特許文献１に、車両用の機電一体ユニットが記載されている。この機電一体ユニットは、第１室と第２室とを有するハウジングと、第１室に配置されているモータを有する機械的ユニットと、第２室に配置されているとともに、モータに電気的に接続された電気回路ユニットと、を備える。

特開２０２１－１１２１１６号公報

機電一体ユニットの電気回路ユニットには、動作時において比較的に大きく発熱する電気部品（例えば、リアクトル）が含まれることがある。そのため、比較的に大きく発熱する電気部品から熱を回収して、当該電気部品の温度が適切な範囲内となるように管理することが求められる。この場合、例えば、機電一体ユニットのハウジングに冷却媒体が流通するための冷却経路を設けることが考えられるが、ハウジングの製造時において鋳巣が発生してしまい、冷却経路のシール性を保証できないおそれがある。あるいは、ガスケットシールを用いて、ハウジングに冷却媒体が流通するための冷却経路を形成することも考えられるが、機電一体ユニットが大型化してしまう。

上記の実情を鑑み、本明細書は、機電一体ユニットにおいて、電気回路ユニットに含まれる電気部品から熱を回収するための新規な技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、車両用の機電一体ユニットに具現化される。この機電一体ユニットは、第１室及び第２室を有するハウジングと、前記第１室に配置されたモータ及び／又はギア機構と、前記第２室に配置された電気回路ユニットと、を備える。前記電気回路ユニットは、第１プレートと、前記第１プレートに組み付けられた少なくとも一つの第１電気部品と、前記第１プレートに接合された第２プレートと、前記第２プレートに組み付けられた少なくとも一つの第２電気部品と、を備える。前記第１プレートと前記第２プレートとの間には、冷却媒体が流通するための冷却経路が設けられている。

上記した構成では、第１プレートと第２プレートとの間に、冷却媒体が流通するための冷却経路が設けられている。このような構成によると、ハウジング等に冷却経路を設ける必要がなく、機電一体ユニットの小型化を図ることができる。また、冷却経路を流通する冷却媒体は、第１プレートに設けられた第１電気部品及び第２プレートに設けられた第２電気部品の両方から熱を回収することができる。これにより、各電気部品の温度を適切な範囲内に管理することが可能となる。

機電一体ユニット１０の構成を模式的に示す図。 第２電気回路ユニット３０ｂを説明するための図。 第１プレート３２と第２プレート３４との間に設けられる冷却経路４２を説明するための図。 図３のＩＶ－ＩＶ線における断面図。 機電一体ユニット１０の電気的構成を示すブロック回路図。なお、車両の電源１０２及び補機バッテリ１０４も併せて示す。

本技術の一実施形態において、冷却経路の少なくとも一部は、第１プレート及び／又は第２プレートに設けられた溝によって構成されていてもよい。このような構成によると、冷却経路を設けるための追加の構成が必要とされないため、機電一体ユニットの構成が複雑化することを回避できるとともに、機電一体ユニットの小型化を図ることができる。但し、他の実施形態として、冷却経路は、パイプ等によって構成されていてもよい。

本技術の一実施形態において、少なくとも一つの第１電気部品は、車両の電源からの直流電力を降圧して、車両の補機バッテリに供給する降圧コンバータの少なくとも一部を構成してもよい。このような構成によると、機電一体ユニットの余剰スペースに降圧コンバータの少なくとも一部を配置することができ、車室の省スペース化を図ることができる。

上記した実施形態において、少なくとも一つの第２電気部品は、リアクトルを含んでもよい。この場合、リアクトルは、モータへ供給される電力を制御するための電力制御回路の一部を構成してもよい。但し、他の実施形態として、少なくとも一つの第２電気部品は、電力制御回路の一部を構成する他の部品であってもよい。

図面を参照して、実施例の機電一体ユニット１０について説明する。本実施例の機電一体ユニット１０は、例えば二モータ式のハイブリッド自動車といった車両に搭載される。但し、車両は、必ずしもハイブリッド自動車に限られず、電気自動車、燃料自動車等の走行用モータを有する車両であってもよい。本実施例で説明する技術の一部又は全部は、軌道を走行する車両にも同様に採用することができる。また、車両は、ユーザによって運転操作されるものに限られず、外部装置によって遠隔操作されるものや、自律走行するものであってもよい。

ここで、図面における機電一体ユニット１０の各方向は、車両に搭載されたときの方向、即ち車両の方向に準ずる。従って、方向ＦＲは、車両の前後方向における前方を示し、方向ＲＲは車両の前後方向における後方を示す。また、方向ＬＨは車両の左右方向における左方を示し、方向ＲＨは車両の左右方向における右方を示す。そして、方向ＵＰは車両の上下方向における上方を示し、方向ＤＷは車両の上下方向における下方を示す。

図１に示すように、機電一体ユニット１０は、ハウジング１２を備える。ハウジング１２は、筐体部材である。ハウジング１２は、ハウジング本体１４と、カバープレート１６とを備える。ハウジング本体１４は、底壁１４ａと、底壁１４ａの外周縁から上方に延びる四つの側壁１４ｂとを有する。ハウジング本体１４は、上部に開口１４ｃを有する。ハウジング本体１４の開口１４ｃは、四つの側壁１４ｂによって画定されている。カバープレート１６は、開口１４ｃに取り付けられている。カバープレート１６は、ハウジング本体１４の開口１４ｃを塞ぐ。ハウジング本体１４は、例えばアルミニウムといった導体材料を用いて構成されている。カバープレート１６は、板状の部材であり、例えばアルミニウムといった導体材料を用いて構成されている。

ハウジング本体１４は、隔壁１４ｗをさらに有する。隔壁１４ｗは、ハウジング１２の内部に設けられている。この隔壁１４ｗによって、ハウジング１２の内部が、第１室Ｒ１と、第２室Ｒ２とに区切られている。一例ではあるが、第２室Ｒ２は、隔壁１４ｗを隔てて、第１室Ｒ１の上方に位置している。

図１に示すように、機電一体ユニット１０は、複数のモータ１８、２０と、複数のギア機構２２、２４、２６、２８とを備える。複数のモータ１８、２０には、第１モータ１８と、第２モータ２０とが含まれる。第１モータ１８及び第２モータ２０は、第１室Ｒ１に配置されている。一例ではあるが、第２モータ２０は、第１室Ｒ１において、第１モータ１８に対して車両の前後方向に沿って配置されているとともに、少なくとも一部が第１モータ１８よりも上方に位置している。複数のギア機構２２、２４、２６、２８は、第１室Ｒ１に配置されている。特に限定されないが、複数のギア機構２２、２４、２６、２８には、遊星ギア機構２２と、減速ギア機構２４と、モータ出力ギア機構２６と、ディファレンシャルギア機構２８とが含まれる。例えばモータ出力ギア機構２６は、車軸を介して、第２モータ２０に接続されている。これにより、車両は、第２モータ２０からの動力によって、モータ出力ギア機構２６を介して、車輪を駆動することができる。

なお、複数のモータ１８、２０の数は、必ずしも二つに限定されず、少なくとも一つであればよい。同様に、複数のギア機構２２、２４、２６、２８の数は、必ずしも複数である必要はなく、少なくとも一つであればよい。また、複数のモータ１８、２０及び複数のギア機構２２、２４、２６、２８の両方が第１室Ｒ１に配置されている必要はなく、複数のモータ１８、２０又は複数のギア機構２２、２４、２６、２８のうちいずれか一方が第１室Ｒ１に配置されていればよい。なお、機電一体ユニット１０は、第１室Ｒ１において潤滑油を循環させるオイルポンプをさらに備えてもよい。この場合、オイルポンプによって、第１室Ｒ１に配置された複数のモータ１８、２０を冷却することができる。

図１に示すように、機電一体ユニット１０は、電気回路ユニット３０をさらに備える。電気回路ユニット３０は、第２室Ｒ２に配置されている。電気回路ユニット３０は、第１モータ１８又は第２モータ２０の少なくとも一つに電気的に接続されている。電気回路ユニット３０は、第１電気回路ユニット３０ａと、第２電気回路ユニット３０ｂとを有する。第２電気回路ユニット３０ｂは、第１電気回路ユニット３０ａの下方に位置している。一例ではあるが、第１電気回路ユニット３０ａは、ハウジング１２のカバープレート１６に固定されており、第２電気回路ユニット３０ｂは、ハウジング本体１４に固定されている。

図２に示すように、第２電気回路ユニット３０ｂは、第１プレート３２と、第２プレート３４と、複数の第１電気部品３６と、複数の第２電気部品３８とを備える。第１プレート３２の上面３２ａには、複数の第１電気部品３６が組み付けられている。第１プレート３２の下面３２ｂは、第２プレートの３４の上面３４ａに接合されている。第２プレート３４の下面３４ｂには、複数の第２電気部品３８が組み付けられている。第１プレート３２及び第２プレート３４は、例えばアルミ合金を用いて構成されている。

ここで、本明細書における第１電気部品３６とは、第１プレート３２上に組み付けられた電気部品を広く意味しており、特定の種類の電気部品に限定されない。同様に、本明細書における第２電気部品３８とは、第２プレート３４上に組み付けられた電気部品を広く意味しており、特定の電気部品に限定されない。第１電気部品３６の数や第２電気部品３８の数についても、特に限定されない。即ち、第１プレート３２の上面３２ａ及び第２プレート３４の下面３４ｂの各々には、少なくとも一つの電気部品が組み付けられていればよい。

図３、４に示すように、第２プレート３４は、溝４０を備える。溝４０は、第２プレート３４の上面３４ａに設けられている。特に限定されないが、溝４０は、平面視において、Ｕ字形状に設けられている。前述したように、第１プレート３２の下面３２ｂと、第２プレートの３４の上面３４ａとは互いに接合している。そのため、第１プレート３２の下面３２ｂと、第２プレート３４の上面３４ａとの間には、第２プレート３４の溝４０によって、冷却媒体が流通するための冷却経路４２が形成されている。

図３に示すように、第１プレート３２及び第２プレート３４は、平面視において略Ｌ字形状を有する。但し、第１プレート３２及び第２プレート３４は、必ずしも、平面視において略Ｌ字形状を有する必要はない。例えば、第１プレート３２及び第２プレート３４の形状は、電気回路ユニット３０ｂが配置されるスペース等に応じて適宜変更することができる。また、溝４０の具体的な形状や配置等についても、特に限定されない。即ち、溝４０は、必ずしも平面視においてＵ字形状に設けられている必要はなく、各プレート３２、３４に組み付けられる各電気部品３６、３８の配置や、各プレート３２、３４の形状等に応じて適宜変更することができる。

図２、３に示すように、第２プレート３４は、流入口４４と、流出口４６とをさらに備える。流入口４４の一端は、冷却媒体供給管（不図示）に接続しており、流入口４４の他端は、冷却経路４２の一端に接続している。流出口４６の一端は、冷却経路４２の他端に接続しており、流出口４６の他端は、冷却媒体排出管（不図示）に接続している。これにより、冷却媒体は、冷却媒体供給管から流入口４４を介して、冷却経路４２に流入する。そして、冷却媒体は、冷却経路４２を流通しながら、第１プレート３２及び第２プレート３４（及び、それらに組み付けられた第１電気部品３６及び第２電気部品３８）から熱を回収した後、流出口４６を介して、冷却媒体排出管へ流出する。特に限定されないが、冷却媒体は、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）である。

上記した第１電気回路ユニット３０ａ及び第２電気回路ユニット３０ｂの具体的な構成は特に限定されない。以下では、図５を参照して、第１電気回路ユニット３０ａ及び第２電気回路ユニット３０ｂの具体的な構成の一例を説明する。

図５に示すように、第１電気回路ユニット３０ａは、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路４８と、第１インバータ５０と、第２インバータ５２と、制御基板５４とを備える。ＤＣ－ＤＣコンバータ回路４８は、二つのスイッチング素子４８ｓを有する。制御基板５４は、ＣＰＵやメモリを内蔵するプロセッサ等の部品を有しており、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路４８のスイッチング素子４８ｓ及び各インバータ５０、５２を制御する。特に限定されないが、カバープレート１６の下面には、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路４８、第１インバータ５０、及び第２インバータ５２が配置されており、カバープレート１６の上面には、制御基板５４が配置されている。カバープレート１６上には、保護カバー６４が設けられている。保護カバー６４は、カバープレート１６の上面に位置する制御基板５４を覆っている。

図５に示すように、第２電気回路ユニット３０ｂは、リアクトル５６と、降圧コンバータ５８とを備える。降圧コンバータ５８は、第１プレート３２の上面３２ａに位置しており、前述した複数の第１電気部品３６の一部によって構成されている。リアクトル５６は、第２プレート３４の下面３４ｂに位置しており、前述した複数の第２電気部品３８の一部によって構成されている。これにより、第２電気回路ユニット３０ｂにおいて、降圧コンバータ５８は、二つのプレート３２、３４の上方に位置しており、リアクトル５６は、二つのプレート３２、３４の下方に位置している。降圧コンバータ５８やリアクトル５６は、動作時の通電によって発熱する発熱部品である。即ち、冷却経路４２を有する二つのプレート３２、３４の両側に、降圧コンバータ５８やリアクトル５６といった発熱部品が分散配置されている。

図５に示すように、第２電気回路ユニット３０ｂのリアクトル５６と、第１電気回路ユニット３０ａのＤＣ－ＤＣコンバータ回路４８とによって、昇圧コンバータ６０が構成されている。ＤＣ－ＤＣコンバータ回路４８において、一方のスイッチング素子４８ｓの一端は、第１インバータ５０の正極及び第２インバータ５２の正極に接続されている。一方のスイッチング素子４８ｓの他端は、他方のスイッチング素子４８ｓの一端に接続されているとともに、リアクトル５６を介して、車両の電源１０２の正極に接続されている。他方のスイッチング素子４８ｓの他端は、車両の電源１０２の負極に接続されているとともに、第１インバータ５０の負極及び第２インバータ５２の負極に接続されている。制御基板５４は、スイッチング素子４８ｓを選択的にオン及びオフすることにより、電源１０２からの直流電力を昇圧し、昇圧した電力を各インバータ５０、５２に供給することができる。以上のように、リアクトル５６は、第１電気回路ユニット３０ａのＤＣ－ＤＣコンバータ回路４８と合わせて、昇圧コンバータ６０を構成している。リアクトル５６に比較的に大きな電流が流れることにより、リアクトル５６は比較的に大きく発熱する。

特に限定されないが、ＤＣ－ＤＣコンバータ回路４８のスイッチング素子４８ｓは、ＲＣ－ＩＧＢＴ（Ｒｅｖｅｒｓｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子である。なお、スイッチング素子４８ｓは、必ずしもＲＣ－ＩＧＢＴ素子である必要はなく、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子や他の種類のスイッチング素子であってもよい。

図５に示すように、第１インバータ５０と、第２インバータ５２と、昇圧コンバータ６０とによって、電力制御回路６２が構成されている。電力制御回路６２は、車両の電源１０２と各モータ１８、２０との間に電気的に接続されている。昇圧コンバータ６０は、電源１０２からの直流電力を昇圧して、第１インバータ５０及び第２インバータ５２の各々に供給することができる。第１インバータ５０は、昇圧コンバータ６０からの直流電力を交流電力に変換して、第１モータ１８に供給することができる。同様に、第２インバータ５２は、昇圧コンバータ６０からの直流電力を交流電力に変換して、第２モータ２０に供給することができる。以上のように、電力制御回路６２は、車両の電源１０２から各モータ１８、２０へ供給される電力を制御することができる。なお、特に限定されないが、電力制御回路６２は、電源１０２と昇圧コンバータ６０との間、及び／又は、昇圧コンバータ６０と各インバータ５０、５２との間に平滑コンデンサをさらに備えてもよい。

特に限定されないが、昇圧コンバータ６０は、降圧コンバータとしての機能をさらに有してもよい。例えば、第１モータ１８が発電機として機能する場合には、第１モータ１８からの交流電力は、第１インバータ５０によって直流電力に変換され、昇圧コンバータ６０によって降圧された後に、車両の電源１０２に供給されてもよい。同様に、第２モータ２０が発電機として機能する場合には、第２モータ２０からの交流電力は、第２インバータ５２によって直流電力に変換され、昇圧コンバータ６０によって降圧された後に、車両の電源１０２に供給されてもよい。

図４に示すように、降圧コンバータ５８は、車両の電源１０２と補機バッテリ１０４との間に電気的に接続されている。降圧コンバータ５８は、電源１０２からの直流電力を降圧して、補機バッテリ１０４に供給することができる。補機バッテリ１０４は、車両の種々の制御システムやその他の補機に接続されており、これらに電力を供給する。特に限定されないが、補機バッテリ１０４の定格電圧は、１２ボルトである。

上記した構成では、第１プレート３２の下面３２ｂと第２プレート３４の上面３４ａとの間に、冷却媒体が流通するための冷却経路４２が形成されている。このような構成によると、ハウジング１２等に冷却経路を設ける必要がなく、機電一体ユニット１０の小型化を図ることができる。また、冷却経路４２を流通する冷却媒体は、第１プレート３２の上面３２ａに設けられた第１電気部品３６及び第２プレート３４の下面３４ｂに設けられた第２電気部品３８の両方から熱を回収することができる。これにより、各電気部品３６、３８の温度を適切な範囲内に管理することが可能となる。

他の実施形態では、上記に代えて、又は加えて、第１プレート３２の下面３２ｂに、溝４０が設けられていてもよい。言い換えると、第１プレート３２と第２プレート３４とが互いに対向する面（即ち、第１プレート３２の下面３２ｂ及び第２プレート３４の上面３４ａ）の少なくとも一方に、溝４０が設けられていればよい。このような構成によると、冷却経路４２を設けるための追加の構成が必要とされないため、機電一体ユニット１０の構成が複雑化することを回避することができる。

更なる他の実施形態において、冷却経路４２は、パイプ等によって構成されていてもよい。この場合、冷却経路４２の一部が溝４０によって構成されているとともに、冷却経路４２の残部が、パイプ等によって構成されていてもよい。

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは組み合わせによって技術的有用性を発揮するものである。

１０ ：機電一体ユニット
１２ ：ハウジング
１４ ：ハウジング本体
１４ａ ：底壁
１４ｂ ：側壁
１４ｃ ：開口
１４ｗ ：隔壁
１６ ：カバープレート
１８ ：第１モータ
２０ ：第２モータ
２２ ：遊星ギア機構
２４ ：減速ギア機構
２６ ：モータ出力ギア機構
２８ ：ディファレンシャルギア機構
３０ ：電気回路ユニット
３０ａ ：第１電気回路ユニット
３０ｂ ：第２電気回路ユニット
３２ ：第１プレート
３４ ：第２プレート
３６ ：第１電気部品
３８ ：第２電気部品
４０ ：溝
４２ ：冷却経路
４４ ：流入口
４６ ：流出口
４８ ：ＤＣ－ＤＣコンバータ回路
４８ｓ ：スイッチング素子
５０ ：第１インバータ
５２ ：第２インバータ
５４ ：制御基板
５６ ：リアクトル
５８ ：降圧コンバータ
６０ ：昇圧コンバータ
６２ ：電力制御回路
６４ ：保護カバー
１０２ ：電源
１０４ ：補機バッテリ
Ｒ１ ：第１室
Ｒ２ ：第２室

Claims (4)

1. 車両用の機電一体ユニットであって、
   第１室及び第２室を有するとともに、前記第２室を上方へ開放する開口が設けられたハウジング本体と、
   前記ハウジング本体に取り付けられており、前記開口を塞ぐカバープレートと、
   前記第１室に配置されたモータ及び／又はギア機構と、
   前記第２室に配置された電気回路ユニットと、
   を備え、
   前記電気回路ユニットは、
   前記カバープレートに固定された第１電気回路ユニットと、
   前記第１電気回路ユニットの下方に位置するとともに、前記ハウジング本体に固定された第２電気回路ユニットと、
   を備え、
   前記第２電気回路ユニットは、
   第１プレートと、
   前記第１プレートの上面に組み付けられた少なくとも一つの第１電気部品と、
   前記第１プレートの下面に接合された第２プレートと、
   前記第２プレートの下面に組み付けられた少なくとも一つの第２電気部品と、
   を備え、
   前記第１プレートと前記第２プレートとの間には、冷却媒体が流通するための冷却経路が設けられている、
   機電一体ユニット。
2. 前記冷却経路の少なくとも一部は、前記第１プレート及び／又は前記第２プレートに設けられた溝によって構成されている、請求項１に記載の機電一体ユニット。
3. 前記少なくとも一つの第１電気部品は、前記車両の電源からの直流電力を降圧して、前記車両の補機バッテリに供給する降圧コンバータの少なくとも一部を構成する、請求項１又は２に記載の機電一体ユニット。
4. 前記少なくとも一つの第２電気部品は、リアクトルを含み、
   前記リアクトルは、前記モータへ供給される電力を制御するための電力制御回路の一部を構成する、請求項１から３のいずれか一項に記載の機電一体ユニット。

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