KR20020017527A - 구동장치 - Google Patents

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KR20020017527A
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기도다카히로
구츠나나루히코
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모리 하루오
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Abstract

전동기를 구동원으로 하고, 인버터를 일체화시킨 구동장치에 있어서 전동기와 인버터를 효율 좋게 냉각한다.
구동장치는 구동장치케이스(10)와, 전동기(M)와, 구동장치케이스에 부착한 인버터(U)로 이루어지며, 구동장치케이스와 인버터의 사이에 그들의 냉각유로를 구비한다. 인버터를 격벽(11)을 개재하여 구동장치케이스에 부착하고, 격벽과 구동장치케이스의 사이에 2층(層)의 냉각유로를 구성하는 실(室)(C3, C4)을 형성하였다. 이에 따라, 냉각유로를 흐르는 냉매를 전동기로부터 인버터로 전달되는 열의 2단계의 차폐(遮蔽)수단으로서 작용시킨다.

Description

구동장치{DRIVE UNIT}
본 발명은 동력원으로서 전동기를 이용하는 구동장치에 관한 것이며, 특히 전기자동차용 구동장치와 하이브리드 구동장치에 있어서의 냉각기술에 관한 것이다.
전동기를 차량의 구동원으로 하는 경우, 주행상태에 따라 전동기에 걸리는 부하(負荷)가 크게 변동하기 때문에, 특히 고(高) 부하시의 발열에 대처하기 위해 냉각을 필요로 한다. 또한, 전동기는 그 제어를 위한 제어장치(교류변동기의 경우는 인버터)를 필요로 한다. 이러한 인버터 등의 제어장치는, 전동기에 대하여 파워케이블로 접속되는 것이기 때문에, 전동기와는 분리시켜 적당한 위치에 배치가능하지만, 차량 탑재상의 편의성 때문에, 전동기와 일체화시키는 배치가 채택되는 경우가 있다.
이와 같이 제어장치를 전동기와 일체화시킨 경우, 제어장치는 자신의 소자(素子)에 의한 발열로 온도상승할 뿐 아니라, 전동기의 열을 구동장치케이스를 개재하여 받게 되므로, 냉각을 필요로 하게 된다. 그런 이유로, 종래 구동장치케이스에 인버터를 부착하는 히트 싱크(heat sink)를 부착하여, 히트 싱크와 구동장치케이스의 사이에 냉각수로(冷却水路)를 형성하여, 전동기와 인버터를 동시에 냉각하는 인버터 일체(一體) 전동기가 있다(일본 특허공개 평7-288949호 공보 참조).
그러나, 상기 종래기술의 구성에서는 동일한 냉각수가 동시에 인버터와 전동기를 냉각하고 있기 때문에, 전동기로부터의 열이 냉각수와 케이스를 따라 인버터에 전달되어 버리는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 전동기와 인버터를 공통의 냉매로 냉각하는 구동장치에 있어서, 전동기의 열이 인버터에 전해지는 것을 막는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본발명의 하이브리드 구동장치에 적용한 제1실시형태의 시스템 구성도,
도 2는 제1실시형태의 구동장치의 축(軸) 위치관계를 나타낸 측면도,
도 3은 제1실시형태의 구동장치의 유압계(油壓系)를 나타낸 회로도,
도 4는 상기 제1실시형태의 인버터를 일체화시킨 구동장치의 외관을 나타낸 사시도,
도 5는 제1실시형태의 냉각계(冷却系)를 개념적으로 나타낸 모식도,
도 6은 제1시형태의 상세한 구성을 윗쪽에서 본 형상으로 나타낸 분해도,
도 7은 도 6에 나타낸 구성부재의 일부를 아래쪽에서 본 형상을 나타낸 분해도,
도 8은 제1실시형태의 상세한 구성을 나타낸 단면도,
도 9는 도 8의 Ⅰ-Ⅰ단면도,
도 10은 본발명의 제2실시형태의 냉각계를 개념적으로 나타낸 모식도,
도 11은 본 발명의 제3실시형태의 냉각계를 개념적으로 나타낸 모식도,
도 12는 본 발명의 제4실시형태를 나타낸 횡단면도,
도 13은 본발명의 제5실시형태를 나타낸 횡단면도,
도 14는 본 발명의 제6실시형태의 냉각계를 개념적으로 나타낸 모식도,
도 15는 제6실시형태를 유로(流路) 구성을 나타낸 횡단면도,
도 16은 본 발명의 제7실시형태의 냉각계를 개념적으로 나타낸 모식도,
도 17은 본 발명의 제8실시형태의 냉각계를 개념적으로 나타낸 모식도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
M : 모터(전동기) U : 인버터(inverter)
10 : 구동장치케이스 11 : 격벽(隔璧)
12 : 격리수단 12b : 연통로(連通路)
C3: 제1실(室) C4: 제2실
F : 제2냉매의 유로(流路)
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전동기와, 상기 전동기를 수용하는 구동장치케이스와, 전동기를 제어하기 위하여 상기 구동장치케이스에 부착된 인버터와, 전동기를 냉각하는 냉매의 유로(流路)를 구비하는 구동장치에 있어서, 상기 인버터는 격벽(隔璧)을 개재하여 구동장치케이스에 부착되고, 격벽과 구동장치케이스의 사이에 격벽측에 면하는 제1실과 구동장치케이스측에 면하는 제2실이 냉매의 유로(流路)에 연이어 통하게(連通) 하여 2층(層)으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 있어서, 상기 제1실과 제2실의 사이는 격벽측에 배치된 별개의 격리수단에 의해 떨어진 구성을 채택하는 것이 효과가 있다.
상기 구성에 있어서, 상기 제1실과 제2실은 연통로(連通路)에 의해 서로 연이어 통하게 되고, 동시에 냉매의 유로(流路)에 제1실측을 상류로 하여 직렬로 연이어 통하게 된 구성을 채택하는 것이 효과가 있다.
혹은, 상기 구성에 있어서, 상기 제1실과 제2실이 냉매의 유로(流路)에 서로 병렬로 연이어 통하게 된 구성으로 할 수도 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 제1실과 제2실은 격벽과 구동장치케이스의 접촉을 방해하는 별개의 격리수단에 의해 떨어진 구성을 채택하는 것이 효과가 있다.
또한, 상기 격리수단은 열전도성이 낮은 재질로 이루어지는 구성을 채택하면 효과가 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 격벽은 제1실과 제2실을 내포(內包)하여 구동장치케이스에 씌워지는 뚜껑모양으로 구성되며, 제1실과 제2실을 분리하는 격리수단이 격벽측에 배치된 구성을 채택하는 것도 효과가 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 격벽은 제1실을 내포하여 구동장치케이스에 씌워지는 뚜껑모양으로 구성되며, 제1실과 제2실을 떨어지게 하는 별개의 격리수단이 구동장치케이스와 격벽의 접합부에서의 접촉을 방해하도록 구동장치케이스와 격벽의 사이에 지지된 구성을 채택할 수도 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 상기 제1실과 제2실은 격벽과 구동장치케이스의 접합면보다 인버터 쪽에 배치된 격리수단에 의해 분리된 구성을 채택할 수도 있다.
< 실시예 >
이하, 도면에 따라 본 발명의 실시형태를 설명한다. 우선 도 1은, 본 발명을 하이브리드 구동장치에 적용한 경우의 시스템 구성을 나타낸다. 이 장치는 내연기관(內燃機關)(이하, 엔진)(E/G)과, 전동기(이하, 모터)(M)와, 발전기(이하, 제너레이터(generator))(G)와, 차동장치(differential)(D)를 주요(主要) 구성요소로 하고, 그들의 사이에 싱글 피니언(single pinion) 구성의 플래니터리 기어 세트(planetary gear set)(P)와, 카운터 기어 기구(T)가 중간에 삽입된 구성이 되고, 또한 원웨이 클러치(one-way clutch)(O)와 브레이크(B)가 부설(附設)되어 있다.
도 2에 축의 실제 위치관계를 나타낸 바와 같이, 이 구동장치는 제1축(X1) 상에 엔진(E/G)과 제너레이터(G), 제2축(X2) 상에 모터(M), 제3축(X3) 상에 카운터 기어 기구(T), 제4축(X4) 상에 차동장치(D)가 각각 배치된 4축 구성으로 되어 있다. 그리고, 엔진(E/G)과 제너레이터(G)는 플래니터리 기어 세트(P)와 카운터 기어 기구(T)를 개재하여 차동장치(D)에 연결되고, 모터(M)는 카운터 기어 기구(T)를 개재하여 차동장치(D)에 연결되어 있다.
모터(M)는, 그 로터 축(21)에 고정된 카운터 드라이브 기어(42)를 카운터 드리븐 기어(counter driven gear)(44)에 맞물리게(齒合) 하여 카운터 기어 기구(T)에 연결되고, 엔진(E/G)은 그 출력축(71)을 플래니터리 기어 세트(P)의 캐리어(62)에 연결시켜 제너레이터(G)와 카운터 기어 기구(T)에 연결되며, 제너레이터(G)는 그 로터 축(31)을 플래니터리 기어 세트(P)의 선(sun) 기어(61)에 연결시켜 엔진(E/G)과 카운터 기어 기구(T)에 연결되어 있다. 그리고, 플래니터리 기어 세트(P)의 링(ring) 기어(63)는 카운터 기어 기구(T)의 카운터 드리븐 기어(44)에 맞물리는 제1축(X1)상의 카운터 드라이브 기어(43)에 연결되어 있다. 카운터 기어 기구(T)는 카운터 축(41)에 고정된 카운터 드리븐 기어(44)와, 디퍼런셜 드라이브 피니언 기어(differential drive pinion gear)(45)를 구비하는 구성이 되어, 디퍼런셜 드라이브 피니언 기어(45)가 차동장치(D)의 디퍼런셜 케이스(53)에 고정된 디퍼런셜 링 기어(52)에 맞물려 있다. 그리고, 차동장치(D)는 주지하는 바와 같이 차륜(車輪)(미도시)에 연결되어 있다.
원웨이 클러치(O)는 캐리어(62)의 역전(逆轉)을 구동장치케이스(10)에 반력을 얻어 저지하기 위하여, 그 이너 레이스(inner race)를 캐리어(62)에 연결하고, 아우터 레이스(outer race)를 구동장치케이스(10)에 연결하여 배치되어 있다. 또한, 브레이크(B)는 제너레이터(G)의 로터 축(31)을 필요에 따라 구동장치케이스(10)에 걸어서 고정(係止)시킴으로써, 발전(發電) 불필요시에 반동 토크에 의해 회전함으로써 구동 로스가 발생하는 것을 저지하기 위해 마련되어 있으며, 로터 축(31)에 브레이크 허브(brake hub)를 연결하여, 브레이크 허브와 구동장치케이스(10)에 마찰 걸어맞춤(係合) 부재를 걸어 맞춰 배치되어 있다.
이러한 구성으로 이루어지는 구동장치에서는, 모터(M)와 차륜(車輪)은 카운터 기어 기구(T)에 의한 기어 비율 분배(比分)의 감속(減速)관계는 있지만, 동력전달상은 직접 연결된 관계가 되는 것에 대하여, 엔진(E/G)과 제너레이터(G)는 상호(相互) 또한 카운터 기어 기구(T)에 대하여 플래니터리 기어 세트(P)를 개재하여 동력전달상은 간접적으로 연결된 관계가 된다. 이에 따라, 차동장치(D)와 카운터 기어 기구(T)를 개재하여 차량의 주행 부하를 받는 링 기어(63)에 대하여, 제너레이터(G)의 발전 부하를 조정함으로써, 엔진출력을 구동력과 발전 에너지(배터리 충전)에 이용하는 비율을 적절하게 조정한 주행이 가능하게 된다. 또한, 제너레이터(G)를 모터로 구동시킴으로써, 캐리어(62)에 걸리는 반력이 역전하기 때문에, 그 때에 원웨이 클러치(O)를 개재하여 캐리어(62)를 구동장치케이스(10)에 걸어 고정시키는(係合) 반력 요소로 기능시켜, 제너레이터(G)의 출력을 링 기어(63)에 전달할 수 있고, 모터(M)와 제너레이터(G)의 동시 출력에 따른 차량발진시 구동력의 강화(평행모드(parallel mode)의 주행)이 가능하게 된다.
다음으로, 도 3은 하이브리드 구동장치의 유압계(系)의 회로구성을 나타낸다. 이 회로는 구동장치케이스(10)의 저부(底部)를 오일 섬프(oil sump)(90)로 하고, 그곳으로부터 스트레이너(strainer)(91)를 개재하여 오일을 끌어올려 회로에 분출하는 전동 오일펌프(O/P)와, 회로의 라인압을 생성시키는 레귤레이터 밸브(92)와, 상기 브레이크(B)의 계탈(係脫)제어를 위한 브레이크 밸브(93)와, 브레이크 밸브(93)의 절환제어를 위한 솔레노이드 밸브(94)를 주요(主要)한 요소로서 구비하며, 오일을 모터(M) 및 제너레이터(G)의 냉각용 냉매이자 윤활유로서 순환로의 공급유로(L2)에 송출하고, 브레이크(B)의 유압서보의 공급유로(L3)의 라인압 유로(油路)(L1)로의 연이어 통함(連通)과 드레인 연이어 통함을 제어하는 제어회로를 구성하고 있다.
오일펌프(O/P)의 분출측 라인압 유로(油路)(L1)는 분기(分岐)하여 한쪽이 레귤레이터 밸브(92)를 개재하여 순환로의 공급유로(油路)(L2)에 접속되고, 다른쪽이 브레이크 밸브(93)를 개재하여 브레이크(B)의 유압서보의 공급유로(L3)에 접속되어 있다. 그리고, 라인압 유로(L1)와 공급유로(L2)는 오리피스(R1)를 개재하여 서로 접속되어 있다. 순환로의 공급유로(L2)는 분기하여 각각에 오리피스(R2, R3)를 거쳐, 한쪽이 도면에 점선으로 나타낸 케이스내 유로(L4)를 거쳐 제너레이터(G)의 로터 축(31)내 유로에 접속되고, 다른쪽이 케이스내 유로(L5)에서 더욱 분기하여 각각에 오리피스(R4, R5)를 경유하여, 구동장치케이스의 상부에 마련된 모터(M)용 기름(냉매)탱크(C1)와 제너레이터(G)용 기름(냉매)탱크(C2)에 접속되어 있다.
모터(M)의 냉각은 냉매탱크(C1)로부터 케이스내 유로(L6)를 거쳐 로터 축(21)내 유로(L7)로 안내된 오일이 상세한 유로(油路) 구성을 후에 단면구조를 참조하여 나타낼 로터(22)내 유로(L8)를 지나고, 유로의 종단(終端)으로부터 스테이터(20)의 코일 엔드(20a)를 향하여 로터(22)의 회전에 따른 원심력으로 방출된다. 이렇게 하여 로터(22)내의 유로를 지남으로써 로터측을 냉각하고, 더욱이 로터(22)의 양단(兩端)으로부터 방출된 오일이 스테이터(20) 양단(兩端)의 코일 엔드(20a)에 내뿜어짐에 의한 냉각과, 냉매탱크(C1)로부터 직접 방출되는 오일이 스테이터 코어(20b) 및 코일 엔드(20a)에 내뿜어짐으써 실행된다. 동일하게, 제너레이터(G)의 냉각은 그 로터 축(31)내 유로(油路)로부터 지름방향 기름구멍을 거쳐 원심력에 의해 방출되는 오일이 스테이터(30)의 양단(兩端)의 코일 엔드(30a)에 내뿜어짐에 의한 냉각과, 냉매탱크(C2)로부터 방출되는 오일이 스테이터 코어(30b) 및 코일 엔드(30a)에 내뿜어짐으로써 실행된다. 이렇게 하여 모터(M)와 제너레이터(G)를 냉각하여, 열교환에 의해 온도상승한 오일은 구동장치케이스의 저부(底部)에 떨어져(滴下), 혹은 케이스벽을 따라 흘러내려, 구동장치 아래쪽의 오일 섬프(90)에 회수(回收)된다.
도 4는 구동장치의 외관을 사시(斜視)상태에서 나타낸 것으로, 알루미늄재(材) 등으로 이루어지는 구동장치케이스(10)의 오일 섬프의 외측에 해당하는 외벽에는, 케이스(10)에 일체(一體)형성된 다수의 방열핀(fin)(10f)이 마련되며, 오일 섬프에 회수된 오일을 엔진 룸 내의 기류에 의해 공랭(空冷)하는 구성이 채택되어 있다. 도 4에 있어서, 부호 10a는 구동장치케이스에서의 모터수용부분, 10b는 제너레이터 수용부분, 10c는 차동장치 수용부분을 나타낸다. 그리고, 모터 및 제너레이터 제어를 위한 인버터(이하, 모터용 인버터와 제너레이터용 인버터를 총칭하여 인버터라고 한다)(U)는 도 4에 보이는 바와 같이, 구동장치케이스(10)의 윗쪽에 부착되어 구동장치케이스(10)와 일체화되어 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 인버터는 배터리(battery) 전원의 직류를 스위칭 작용으로 교류(전동기가 3상(相)교류전동기인 경우는 3상(相)교류)로 변환하는 스위칭 트랜지스터나 부수(附髓)의 회로소자와, 그들을 배치한 회로기판으로 이루어지는 파워 모듈(power module)을 의미하는 것으로 한다.
도 5는, 구동장치의 냉각계(系)를 모식화하여 상하 위치관계를 포함하여 개념적으로 나타내었다. 이 냉각계는, 상기 오일을 제1냉매로 하는 순환로(도면에 빗금친 굵은 선의 화살표)(L)와, 냉각수를 제2냉매로 하는 유로(流路)(도면에 공백의 가는 선의 화살표)(F)로 구성되어 있다. 따라서, 본 발명은 이 냉각수를 냉매로 하는 유로(流路)에 적용되어 있다.
제1냉매로서의 오일은 오일 펌프(O/P)에 의해 오일 섬프(90)로부터 스트레이너(91)를 거쳐 빨아 올려져, 상술한 바와 같은 순로(順路)에서 제너레이터(G)와 모터(M)를 냉각하고, 구동장치케이스(10)의 제너레이터(G) 수용부분의 저부(底部)와 모터(M) 수용부의 저부에 로터(22, 32)의 최하부(最下部)에 접하지 않을 정도의 일정한 오일 레벨을 유지하도록 일단 고이게 되어, 오버플로우(overflow)만큼 오일 섬프(90)에 되돌려짐으로써 일순(一巡)의 순환을 마친다.
이에 대하여, 제2냉매로서의 냉각수는 구동장치케이스(10)와 같은 열전도성이 양호한 알루미늄재 등으로 이루어지며, 구동장치케이스(10)와 별개 구성의 인버터(U)의 부착부를 구성하는 격벽(隔璧)(11)과, 구동장치케이스(10) 내의 오일 순환로(L)에 있어서의 전열벽(傳熱壁)(13)의 사이를 유로(流路)(F)로 하여, 제1냉매로서의 오일을 냉각하는 냉각계(系)를 구성한다. 이 형태에서는, 격벽(11)과 전열벽(13)의 사이에 벽 모양의 격리수단(12)이 배치되고, 냉각수의 유로(F)는 격벽(11)과 격리수단(12)의 사이를 흐를 때에 격벽(11)을 개재하는 열교환으로 인버터(U)를 냉각하여, 격리수단(12)과 구동장치케이스(10)의 전열벽(13)의 사이를 흐를 때에 전열벽(13)을 개재하는 오일의 열교환으로 오일을 냉각하는 구성이 채택되고 있다.
도 6은 구동장치케이스(10)와 인버터(U)를 구성하는 파워 모듈의 연결구조를 상세하게 분해사시도로 나타내고, 도 7은 동(同) 구조를 시점(視點)을 바꿔 나타내었다. 또한, 도 8 및 도 9은, 동(同) 구조를 다른 단면으로 절단(截斷)하여 나타내었다. 이 형태에서는, 냉매탱크(C1, C2)가 구동장치케이스(10)의 모터 수용부의 윗쪽에 마련되어 있다. 냉매탱크는 모터용 냉매탱크(C1)와, 제너레이터용 냉매탱크(C2)로 분할되어 있다. 이들 양(兩) 냉매탱크(C1, C2)에 이르는 제1냉매의 유로(L5)(도 3 참조)에는, 도중에 양(兩) 냉매탱크(C1, C2)로의 오일의 공급배분량을 모터(M)와 제너레이터(G)의 열부하에 따라 배분하는 구경(口徑)이 다른 오리피스(R4, R5)가 그 사이에 장착(介裝)되어, 그들의 유로(油路)가 냉매탱크의 측면에 입구(10d, 10e)에서 개구(開口)하고 있다. 그리고, 양(兩) 냉매탱크의 출구측에 가까운 위치에 댐(10i, 10j)이 마련되어 있다. 또한, 양 냉매탱크의 댐(10i, 10j)보다 하류에는 그들 냉매탱크의 저면(底面)에 개구하여, 구멍지름(孔徑)의 설정에 따라 배출유량을 조정하는 오리피스로서 기능하는 오일의 출구(10g, 10h)가형성되어 있다.
도 9에 그 후의 제1냉매의 경로를 나타낸 바와 같이, 오일의 출구(10g)는 구동장치케이스 내에 형성된 케이스내 유로(L6)를 유로(流路)로 하여 모터(M)의 스테이터 축(21)의 축단(軸端)에서 축내 유로(L7)에 접속되어 있다. 축내 유로(L7)는 지름방향 기름구멍을 거쳐 모터(M)의 코어(22a) 양단(兩端)을 지지하는 단판(端板)(22b)에 형성된 주회구(周回溝)에 연이어 통하고, 그 주회구에 양단을 연이어 통하게 하여 코어(22a) 내에 축방향으로 복수개 형성된 로터내 유로(L8)를 지나, 단판(22b)에 형성된 방출공(22c)에서 종단(終端)하고 있다. 또한, 도면에서는 한 개의 로터내 유로(L8)의 양단이 방출공(22c)을 지나도록 그려져 있지만, 상세하게는 각 로터내 유로(L8)마다 일단(一端)만이 번갈아 좌우 단판의 방출공(22c)을 지나는 구성으로 되어, 각 로터내 유로(L8)를 흐르는 오일의 불평균을 막을 수 있다. 또한, 오일의 출구(10h)는 도 8에 나타낸 바와 같이 케이스내 유로(油路)를 거쳐 제너레이터(G)의 스테이터 위쪽을 지나고 있다.
냉매탱크(C1, C2)의 상부 개구를 막는 전열벽(13)은 그 상면과 하면에 다수의 냉각핀(13a, 13b)을 구비하고, 구동장치케이스(10)와 동일한 열전도성이 양호한 알루미늄재 등으로 구성되며, 본 형태에서는 가공상의 편의성으로 인하여 구동장치케이스(10)와는 다른 부재로 되어, 구동장치케이스(10)에 볼트고정 등으로 고정된다. 전열벽(13) 하면측의 오일냉각핀(13b)은 도 8에 나타낸 바와 같이 냉매탱크(C1, C2)저부의 형상을 따르도록 높이가 변화하는 핀으로 되어, 냉매탱크(C1) 전역에 핀이 위치하는 배치가 되어, 열전달의 향상이 도모되고 있다.
인버터(U)를 구성하는 파워 모듈이 부착된 격벽(11)은 인버터(U)의 냉각부를 구성하고 있으며, 이 형태에서는 열교환 효율향상을 위하여 히트 싱크(heat sink)를 내장하는 구성으로 되어, 도 7에 보여지는 바와 같이 되돌려져(turning back and forth) 격벽(11) 내를 지나는 좁은 2줄기(條)의 병행하는 유로(流路)를 구비하고 있다. 그리고, 이 유로를 따라 제2냉매로서의 냉각수를 흐르게 하기 위하여, 격리수단(12)이 격벽(11)의 하면에 맞닿는 형태로 마련되어 있다. 본 형태에서는, 격리수단(12)에 열절연성이 높은 재질을 이용하기 때문에, 격리수단(12)은 케이스나 격벽과는 별개 구성으로 되어 있지만, 같은 재질의 것으로 하는 경우에는 어느 한쪽의 부재와 일체 구성으로 하는 것도 가능하다. 이에 따라 격벽(11)과 구동장치케이스(10)의 사이에, 도 5에 나타낸 바와 같이 격벽(11)측에 면하는 제1실(C3)과, 구동장치케이스(10)측에 면하는 제2실(C4)이 격리수단(12)에 의해 떨어져 2층으로 획정(劃定)되고, 그들 양(兩) 실(C3, C4)이 연통로(12b)을 개재하여 연이어 통한 유로가 구성된다.
이러한 구성으로 이루어지는 장치에 있어서, 각각의 입구(10d, 10e)로부터 냉매탱크(C1, C2)에 보내어진 오일은 각각의 댐(10i, 10j)에 차단됨으로써 일정시간 고이게 되고, 전열벽(13) 하면측의 오일 냉각핀(13b)에 접하면서 흘러내려, 충분히 열교환이 실행된 후, 댐(10i, 10j)을 넘은 분량이 출구(10g, 10h)로부터 모터(M)및 제너레이터(G)의 필요로 하는 유량(油量)에 따라 조정되어 방출된다. 한편, 냉각수는 구동장치케이스(10)의 상면에 개구하는 입구(10k)로부터 격리수단(12)의 구멍(12a)을 지나 격벽(11)의 히트 싱크, 즉 제1실(C4) 안으로 들어가, 그 순로(順路)를 지나 충분히 열교환이 실행된 후, 이 형태에 있어서 격리수단(12)에 마련된 구멍(孔)으로 이루어지는 연통로(12b)를 지나 전열벽(13)과 격리수단(12)의 사이에 안내되어, 여기에서 전열벽(13)의 상면측 수(水)냉각핀(13a)과 접하면서 전열벽(13)을 횡단하여 흐르고, 냉매탱크의 개구 주위를 감는 위벽(圍壁)에 형성된 냉각수 출구(101)로부터 구동장치케이스(10) 밖으로 안내된다. 이렇게 하여 구동장치케이스(10)로부터 배출된 냉각수는 엔진냉각용 라디에이터 혹은 전용 쿨러에 의해 냉각되어, 재순환된다.
이렇게 하여, 상기 제1실시형태에 따르면, 모터(M)와 인버터(U)의 사이의 냉매의 유로(流路)가, 모터(M)측과 인버터(U)측의 2층으로 되어 있기 때문에, 그 안을 흐르는 냉각수가 2층의 단열층으로서 작용하여, 인버터(U)측보다 고온이 되는 모터(M)측의 열을 도중(途中)의 냉각수로 2단계로 흡수시켜 차단할 수 있기 때문에, 모터(M)로부터의 열을 인버터(U)에 전해지기 어렵게 할 수 있다. 이에 따라, 모터(M)와 인버터(U)의 일체화에 따른 인버터(U)의 온도상승을 막을 수 있다. 또한, 격리수단(12)이 격벽(11)측에 배치되어 있기 때문에, 모터(M)로부터의 열이 격리수단(12)에 전달될 때 전열(傳熱) 저항이 발생하여, 인버터(U)측의 제1실(C3)을 흐르는 냉각수에 대하여, 모터(M)로부터의 열을 전해지기 어렵게 할 수 있다.
또한, 냉각수가 먼저 격벽(11)을 개재하여 인버터(U)를 구성하는 파워 모듈을 냉각한 후, 오일을 개재하여 모터(M) 및 제너레이터(G)를 냉각하는 순서로 되어 있기 때문에, 냉각수가 모터(M) 및 제너레이터(G)와 직접 혹은 인버터(U)와 동시에 열교환하지 않고, 냉각수의 온도가 인버터(U)의 내열 온도를 넘을 때까지 상승하는 것을 막을 수 있다. 따라서, 효율 좋게 인버터(U), 모터(M) 및 제너레이터(G)를 냉각할 수 있고, 냉각 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 일체화한 인버터(U)와 구동장치케이스(10)의 사이의 공간에 냉각수의 유로(流路)가 형성되어 있기 때문에, 종래기술과 같은 구동장치케이스 주변에 전용 냉매경로를 마련하는 복잡한 구성을 피할 수 있어, 공간 효율의 향상, 저렴한 제조비용으로 연결된다. 또한, 냉매탱크를 모터용 냉매탱크(C1)와 제너레이터용 냉매탱크(C2)로 분리함으로써, 냉매탱크로부터 모터(M)와 제너레이터(G)의 각각에 공급할 오일 양의 개별적인 조절이 가능하게 되므로, 구경(口徑)이 다른 오리피스(R4, R5)로 유량 비율을 조정하여, 적량의 오일을 모터(M)와 제너레이터(G)에 공급하여, 각각을 냉각온도 요구에 따라 효과적으로 냉각할 수 있다. 또한, 냉매탱크(C1, C2)에서의 열교환 후의 오일을 모터(M)와 제너레이터(G)의 로터측으로 안내하여, 로터로부터 원심력에 의해 방출되는 오일을 이용한 내주(內周)측으로부터의 냉각에도 이용하고 있기 때문에, 다른 스테이터(20, 30)의 냉각도 가능하게 되며, 오일의 순환을 최대한 유효하게 쓰는 효율이 좋은 전동기 냉각을 실행할 수 있다.
그런데, 이 제1실시형태에서는 제2냉매로서의 냉각수의 흐름을, 도 5에 가장단적(端的)으로 나타낸 바와 같이, 인버터(U)측의 제1실(C3)로부터 냉매탱크측의 제2실(C4)측에 되돌려지는 상하류 관계의 흐름으로 하였지만, 이 흐름은 병행류(流)로 할 수도 있다. 도 10은 이러한 제2실시형태를 도 5와 동일한 모식도로 나타내었다. 이 형태에서는, 격리수단(12)에서 상하로 분할된 격벽(11)측에 면하는 제1실(C3)과 구동장치케이스(10)의 제1냉매의 순환로(L)측, 즉 전열벽(13)에 면하는 제2실(C4)은 제2냉매의 순환로에 병렬로 접속된 유로(流路)로 되어 있다. 그 나머지의 구성에 대해서는, 상기 제1실시형태와 실질적으로 동일하기 때문에, 해당하는 각 부재에 동일한 부호를 붙임으로써 설명을 대신한다(이 점은, 후속되는 각 실시형태에 대해서도 동일하다).
이러한 형태를 택한 경우, 냉각수가 제1실(C3)과 제2실(C4)을 각각 독립적으로 흐름으로써, 모터(M)의 열이 냉각수를 개재하여 인버터(U)에 전해지는 것도 막을 수 있다. 또한, 냉매탱크의 전열벽(13)에 면하는 제2실(C4)측에 한층 저온의 냉각수를 흐르게 할 수 있기 때문에, 모터(M)와 제너레이터(G)의 냉각효율을 더욱 높일 수 있다.
다음으로, 도 11은 인버터(U)측의 제1실(C3)과 냉매탱크측의 제2실(C4)의 상하류 관계를 역으로 한 제3실시형태를 나타낸다. 이 형태에서는, 제2냉매로서의 냉각수는 우선 구동장치케이스(10)의 제1냉매의 순환로(L)측, 즉 전열벽(13)에 면하는 제2실(C4)측을 흘러 전열벽(13)을 개재하여 오일을 냉각하고, 이어서격리수단(12)에서 상하로 분할된 격벽(11)측에 면하는 제1실(C3)을 흘러 인버터(U)의 파워모듈을 냉각하게 된다.
이러한 형태를 채택한 경우에도, 제2냉매로서의 냉각수는 모터(M)와 제너레이터(G)를 직접 냉각하는 것이 아니고, 그들을 순환냉각하는 오일과 인버터(U)를 순차 냉각하는 냉각구조가 되기 때문에, 모터(M)와 제너레이터(G)로부터의 열은 오일을 개재하여 냉각수로 열교환되게 되므로, 직접적인 열전달에 대하여 완화되고, 냉각수가 인버터(U)의 내열온도를 넘을 때까지 온도상승하는 것을 막을 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
다음으로, 도 12는 제1실시형태 또는 제3실시형태와 동일한 제2냉매의 유로(流路) 구성을 채택한 것에 대하여, 유로를 구성하는 부재의 구조를 변경한 제4실시형태를 나타낸다. 이 형태에서는, 구동장치케이스(10)와 격벽(11)의 사이에 별개로 위벽(圍壁) 부재(14)가 끼워지고, 격벽(11)과 위벽 부재(14)의 사이에 더욱 별개의 격리수단(12)가 끼워진 구성이 채택되어 있다. 이 경우의 위벽 부재(14)는 구동장치케이스(10)나 격벽(11)과 동종(同種)의 알루미늄재 등으로 구성할 수도 있으며, 격리수단(12)과 동종의 열절연성이 높은 재질로 구성할 수도 있다. 또한, 이 형태에서는 구동장치케이스(10)측의 구조가 변경된 것으로서, 제1 및 제2냉매탱크(C1, C2)가 각각 모터(M)와 제너레이터(G)의 상부에 마련되어 있는 점이 있다.
이러한 구성을 채택하는 경우, 구동장치케이스(10)와 격벽(11)의 사이에 별도 부재인 격리수단(12)이 배치되어 있어, 격리수단(12)과 케이스(10) 또는격벽(11)의 사이에서 전열(傳熱) 저항이 발생하기 때문에, 구동장치케이스(10)로부터 격벽(11)으로 그들의 접촉부를 거쳐 직접 전해지는 열을 적게할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 13도 동일하게, 제1실시형태 또는 제3실시형태와 동일한 제2냉매의 유로(流路) 구성을 채택하는 것에 대하여, 유로를 구성하는 부재의 구조를 변경한 제5실시형태를 나타낸다. 이 형태에서는, 격벽(11)과 구동장치케이스(10)의 사이에 별개의 격리수단(12)이 끼워진 구성이 채택되어 있다. 이 경우의 격리수단(12)은 그 주위에 구동장치케이스(10)와 격벽(11)의 접속부를 구성하는 위벽부(12c)를 일체로 구비하는 구성으로 되어 있다.
이러한 구성을 채택하는 경우에도, 구동장치케이스(10)와 격벽(11)의 사이에 열절연성이 높은 격리수단(12)이 배치되어 있어, 격리수단(12)과 케이스(10) 또는 격벽(11)의 사이에서 전열(傳熱) 저항이 발생하기 때문에, 구동장치케이스(10)로부터 격벽(11)으로 그들의 접촉부를 거쳐 직접 전해지는 열을 적게할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
그런데, 상기 각 실시형태에서는 모터(M) 및 제너레이터(G) 측을 직접 냉각하는 냉매를 오일로 하고, 오일을 인버터(U)를 냉각하는 제2냉매로서의 냉각수로 2차원적으로 냉각하는 냉각방식을 채택하고 있지만, 본 발명은 단일 냉매에 의해 모터(M) 및 제너레이터(G)와 인버터(U)를 냉각하는 방식으로 구체화할 수도 있다. 도 14 및 도 15는, 이러한 냉각계(係)를 이용한 제6실시형태를 나타낸다. 도 14에 모식화하여 유로(流路) 구성을 나타낸 바와 같이, 이 형태에서는 제1 및 제2실(C3,C4)을 지나는 유로(流路)의 하류측이 모터(M) 및 제너레이터(G)를 냉각하는 구동장치케이스(10) 내의 유로(流路)에 연이어 통해 있다.
도 15에 횡단면을 나타낸 바와 같이, 이 형태에 있어서의 격벽(11)은 제1실(C3)과 제2실(C4)을 내포하여 구동장치케이스(10)에 씌워지는 뚜껑모양, 즉 주위에 위벽부(11')를 가지는 형상으로 구성되어, 제1실(C3)과 제2실(C4)을 분리하는 격리수단(12)이 격벽(11)측에 배치되어 있다. 이 경우의 격리수단(12)은 도시된 바와 같이 격벽(11)과 별체(別體)로 해도, 혹은 격벽(11)과 일체의 것으로 하여도 좋다. 이 구성에 의해, 제1실(C3)과 제2실(C4)은 격벽(11)과 구동장치케이스(10)의 접합면보다 인버터(U) 쪽에 배치된 격리수단(12)에 의해 분리되어 있다. 제1 및 제2실(C3, C4)을 지나는 유로(流路)의 하류측은 구동장치케이스(10)벽내의 유로에 연이어 통하게 되어, 우선 제너레이터(G)의 스테이터(20)의 외주(外周)를 따라 형성된 유로(FG)를 지나고, 이어서 동일하게 구동장치케이스(10)의 주벽내에 모터(M)의 스테이터(30)의 외주를 따라 형성된 유로(FM)를 지나, 최종적으로 구동장치케이스(10)의 격벽(11)에 인접하는 부위로 안내되어, 그곳에 형성된 출구 개구(開口)로 종단(終端)하고 있다.
이러한 형태를 채택한 경우, 구동장치케이스(10)와 격벽(11)의 사이의 냉각수의 유로(流路)를 주로 격벽(11)측에 구성할 수 있기 때문에, 구동장치케이스(10)의 구조를 단순화하여, 인버터(U)와 모터(M) 및 제너레이터(G)를 간단한 구조로 냉각할 수 있다. 또한, 격리수단(12)이 격벽(11)측에 있기 때문에, 모터(M) 및 제너레이터(G)로부터의 열이 격리수단(12)에 전달될 때 열저항이 발생하여, 인버터(U)측의 제1실(C3)을 흐르는 냉매에 대하여, 모터(M) 및 제너레이터(G)로부터의 열을 전해지기 어렵게 할 수 있다. 또한, 격리수단(12)이 구동장치케이스(10)와 격벽(11)의 접합면에 대하여 인버터(U)측에 있기 때문에, 격리수단(12)보다 모터(M) 및 제너레이터(G)측에 격벽(11)이 뻗게 되어, 그만큼 격벽(11)의 열용량을 늘릴 수 있다.
이와 같이 단일 냉매에 의해 모터(M) 및 제너레이터(G)와 인버터(U)를 냉각하는 방식에서도, 상술한 바와 같이 제1 및 제2실(C3, C4)를 지나는 유로(流路)의 관계를 변경할 수 있다. 도 16은 격벽(11)측에 면하는 제1실(C3)과 구동장치케이스(10)측에 면하는 제2실(C4)이 냉매의 유로(流路)에 서로 병렬로 연이어 통하게 하여 2층으로 형성된 제7실시형태를 모식화하여 나타낸다. 이 형태의 경우, 상기 제6실시형태의 것과 동일한 구동장치케이스 벽내 유로(流路)가 형성되어, 이 유로가 제1 및 제2실(C3, C4)을 지나는 유로와 병렬관계로 냉매의 유로에 연이어 통하게 되어 있다.
마지막으로, 도 17은 인버터(U)측의 제1실(C3)과 냉매탱크측의 제2실(C4)의 상하류 관계를 역으로 한 제8실시형태를 나타낸다. 이 형태의 경우도, 상기 제6실시형태의 것과 동일한 구동장치케이스 벽내 유로(流路)가 형성되고, 이 유로가 제1및 제2실(C3, C4)을 지나는 유로의 상류측에 직렬로 연이어 통하게 되어 있다. 이 형태에서는, 냉매로서의 냉각수는 우선 변속기케이스(10) 벽내 유로를 흐를 때 케이스(10) 벽을 개재하여 모터(M) 및 제너레이터(G)와 열교환을 실행하고, 제2실(C4)을 흐를 때 전열벽을 개재하여 모터(M) 및 제너레이터(G)와 열교환을 실행하며, 제1실(C3)을 흐를 때 격벽(11)을 개재하여 인버터(U)의 파워모듈의 열교환을 실행하게 되지만, 이 경우도 모터(M) 및 제너레이터(G)의 열은 냉각수를 개재함으로써 완화된다.
이상, 본 발명을 8개의 실시형태에 근거하여 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 특허청구의 범위에 기재된 사항의 범위내에서 다양하게 구체적인 구성을 변경하여 실시할 수 있다. 예컨대 상기 각 형태에서는 제2냉매를 한결같이 냉각수로서 예시하였지만, 다른 적당한 냉매를 이용하는 것도 당연히 가능하다.
상기 청구항 1에 기재된 구성에서는, 전동기와 인버터의 사이의 냉매의 유로(流路)가 전동기측과 인버터측의 2층으로 되어 있기 때문에, 그 안을 흐르는 냉매가 2층의 단열층으로서 작용하고, 인버터측보다 고온이 되는 전동기측의 열을 도중(途中)의 냉매로 2단계로 흡수시켜 차단할 수 있기 때문에, 전동기로부터의 열을 인버터에 전해지기 어렵게 할 수 있다. 이에 따라 전동기와 인버터의 일체화에 따른 인버터의 온도상승을 막을 수 있다.
또한, 청구항 2에 기재된 구성에서는, 격리수단이 격벽측에 배치되어 있기 때문에, 전동기로부터의 열이 격리수단에 전달될 때 전열(傳熱)저항이 발생하고, 인버터측의 제1실을 흐르는 냉매에 대하여 전동기로부터의 열을 전해지기 어렵게 할 수 있다.
다음으로, 청구항 3에 기재된 구성에서는, 냉매가 인버터를 냉각하고 나서 전동기를 냉각하도록 흐름으로써, 전동기의 열이 냉매를 개재하여 인버터에 전해지는 것도 막을 수 있다.
다음으로, 청구항 4에 기재된 구성에서는, 냉매가 제1실과 제2실을 각각 독립적으로 흐름으로써, 전동기의 열이 냉매를 개재하여 인버터에 전해지는 것도 막을 수 있다.
또한, 청구항 5에 기재된 구성에서는, 구동장치케이스와 격벽의 사이에 별도 부재인 격리수단이 배치되어 있어, 격리수단과 구동장치케이스 및 격벽의 사이에서 열저항이 발생하기 때문에, 구동장치케이스로부터 격벽으로 그들의 접촉부를 거쳐 직접 전해지는 열을 적게 할 수 있다.
또한, 청구항 6에 기재된 구성에서는, 제2실로부터 제1실로의 열전달이 격리수단에 의한 전열(傳熱) 저항에 의해 차단되기 때문에, 한층 더 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 청구항 7에 기재된 구성에서는, 냉매의 유로(流路)를 주(主)로 격벽측에 구성할 수 있기 때문에, 구동장치케이스의 구조를 단순화하여 인버터와 전동기를 간단한 구조에 의해 냉각할 수 있다. 또한, 격리수단이 격벽에 있기 때문에, 전동기로부터의 열이 격리수단에 전달될 때 전열(傳熱) 저항이 발생하여, 인버터측의 제1실을 흐르는 냉매에 대하여 전동기로부터의 열을 전해지기 어렵게 할 수 있다.
또한, 청구항 8에 기재된 구성에서는, 구동장치케이스와 격벽의 사이에 별도 부재인 격리수단이 지지됨으로서, 격리수단과 케이스 및 격벽의 사이에 전열(傳熱) 저항이 발생하여, 구동장치케이스로부터 격벽으로 그들의 접촉부를 거쳐 직접 전해지는 열을 적게 할 수 있다.
또한, 청구항 9에 기재된 구성에서는, 격리수단이 구동장치케이스와 격벽의 접합면에 대하여 인버터측에 있기 때문에, 격리수단으로부터 구동장치케이스측까지 격벽이 뻗은 구조가 되므로, 그만큼 격벽의 열용량이 증가하여 인버터측의 온도상승을 억제할 수 있다.

Claims (9)

  1. 전동기와,
    그 전동기를 수용하는 구동장치케이스와,
    전동기를 제어하기 위하여 상기 구동장치케이스에 부착된 인버터와,
    전동기를 냉각하는 냉매의 유로(流路)를 구비하는 구동장치에 있어서,
    상기 인버터는 격벽을 개재하여 구동장치케이스에 부착되고,
    격벽과 구동장치케이스의 사이에, 격벽측에 면하는 제1실과 구동장치케이스측에 면하는 제2실이 냉매의 유로(流路)에 연이어 통하게(連通) 하여 2층(層)으로 형성된 것을 특징으로 하는 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1실과 제2실의 사이는 격벽측에 배치된 별개의 격리수단에 의해 떨어진 구동장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제1실과 제2실은 연통로(連通路)에 의해 서로 연이어 통하게 되고, 동시에 냉매의 유로(流路)에 제1실측을 상류로 하여 직렬로 연이어 통하게 된 구동장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제1실과 제2실이 냉매의 유로(流路)에 서로 병렬로 연이어 통하게 된 구동장치.
  5. 제 1항, 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 제1실과 제2실은 격벽과 구동장치케이스의 접촉을 방해하는 별개의 격리수단에 의해 떨어진 구동장치.
  6. 제 2항 또는 제 5항에 있어서, 상기 격리수단은 열전도성이 낮은 재질로 이루어지는 구동장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 격벽은 제1실과 제2실을 내포(內包)하여 구동장치케이스에 씌워지는 뚜껑모양으로 구성되며, 제1실과 제2실을 분리하는 격리수단이 격벽측에 배치된 구동장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 격벽은 제1실을 내포하여 구동장치케이스에 씌워지는 뚜껑모양으로 구성되며, 제1실과 제2실을 떨어지게 하는 별개의 격리수단이 구동장치케이스와 격벽의 접합부에서의 접촉을 방해하도록 구동장치케이스와 격벽의 사이에 지지된 구동장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제1실과 제2실은 격벽과 구동장치케이스의 접합면보다 인버터 쪽에 배치된 격리수단에 의해 분리된 구동장치.
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