特許 7546684 自己制御型冷却部を備えた駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-29

(45)【発行日】2024-09-06

(54)【発明の名称】自己制御型冷却部を備えた駆動装置

(51)【国際特許分類】

   B60K 11/04 20060101AFI20240830BHJP

   B60L 9/18 20060101ALI20240830BHJP

   B60K 1/00 20060101ALI20240830BHJP

【ＦＩ】

B60K11/04 G

B60L9/18 J

B60K1/00

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022549833

(86)(22)【出願日】2021-02-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-05

(86)【国際出願番号】 EP2021053843

(87)【国際公開番号】W WO2021165294

(87)【国際公開日】2021-08-26

【審査請求日】2022-09-12

(31)【優先権主張番号】102020202203.8

(32)【優先日】2020-02-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100195408

【弁理士】

【氏名又は名称】武藤 陽子

(72)【発明者】

【氏名】ヘンケル，アヒム

(72)【発明者】

【氏名】ヴァーヴェル，マヌエル

【審査官】結城 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２５６３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】“第76回 トヨタアクアのＨＶシステム”，自動車技術トレンド，MOTOWN21.com[online]，日本，株式会社ティオ，2012年，[令和5年9月14日検索]，インターネット＜URL：http://www.motown21.com/Tech/Trend_76/index.php＞

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ １１／０４， １／００，

Ｂ６０Ｌ ９／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

－ 少なくとも１つの電気モータ（２）、
－ 前記電気モータ（２）を制御するための少なくとも１つの駆動インバータ（４）、
－ 少なくとも１つの冷却剤ポンプ（１８）と、冷却器（１４）と、少なくとも１つのポンプインバータ（１６）と、少なくとも１つの熱交換器（２０）とを備えた少なくとも１つの冷却ユニット（１２）であって、前記熱交換器（２０）が、冷却剤回路（２２）を介して前記冷却剤ポンプ（１８）および前記冷却器（１４）と、流体結合している冷却ユニット（１２）を有する駆動装置（１）であって、
少なくとも１つのポンプインバータ（１６）が、前記駆動インバータ（４）に隣接して共有の冷却板上に配置されており、前記冷却剤ポンプ（１８）が前記ポンプインバータ（１６）によって制御可能であることを特徴とする駆動装置（１）。

【請求項2】

前記駆動装置（１）は、電気駆動可能な車両のための駆動装置（１）である、請求項１に記載の駆動装置。

【請求項3】

前記電気モータ（２）および前記駆動インバータ（４）が、または前記電気モータ（２）、前記駆動インバータ（４）、およびギアが、電動アクスルとして形成されている、請求項２に記載の駆動装置。

【請求項4】

前記ポンプインバータ（１６）が、前記駆動インバータ（４）と共有のハウジング（２６）内に配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の駆動装置。

【請求項5】

前記冷却剤ポンプ（１８）が、前記共有のハウジング（２６）内に配置され、かつ、前記電気モータ（２）が前記共有のハウジング（２６）内に配置されている、請求項４に記載の駆動装置。

【請求項6】

前記電気モータ（２）、前記駆動インバータ（４）、および／または前記ポンプインバータ（１６）が１つの共有の熱交換器（２０）を有し、前記熱交換器（２０）が前記冷却剤ポンプ（１８）と流体結合している、請求項１から５のいずれか一項に記載の駆動装置。

【請求項7】

前記駆動インバータ（４）および前記少なくとも１つのポンプインバータ（１６）が、１つの共有の熱交換器（２０．２）とまたは別々の熱交換器（２０．２、２０．３、２０．４）と熱的に結合している、請求項１から５のいずれか一項に記載の駆動装置。

【請求項8】

前記電気モータ（２）が第１の熱交換器（２０．１）と熱的に連結しており、前記第１の熱交換器（２０．１）が、第１の冷却剤回路（２２．１）を介して第１の冷却ユニット（１２．１）と、流体結合しており、前記駆動インバータ（４）および／または少なくとも１つのポンプインバータ（１６）が、少なくとも１つの第２の熱交換器（２０．２）と熱的に連結しており、前記第２の熱交換器（２０．２）が、第２の冷却剤回路（２２．２）を介して第２の冷却ユニット（１２．２）と、流体結合している、請求項１から５のいずれか一項に記載の駆動装置。

【請求項9】

前記少なくとも１つの冷却剤回路（２２）が冷却剤を有し、前記冷却剤が、油、水、または水溶液である、請求項１から８のいずれか一項に記載の駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、少なくとも１つの電気モータを有し、電気モータを制御するための少なくとも１つの駆動インバータを有し、かつ少なくとも１つの冷却剤ポンプと、冷却器と、少なくとも１つのポンプインバータと、少なくとも１つの熱交換器とを備えた少なくとも１つの冷却ユニットを有する、駆動装置、とりわけ電気駆動可能な車両のための駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気駆動は、車両の電動化に際してますます重要性を増している。電気モータは動作中に損失電力を発生させ、この損失電力は、電気モータおよび相応のパワーエレクトロニクスまたはインバータから熱の形態で排出されなければならない。とりわけ性能の良い電気モータでは、電気駆動部のコンポーネントを外部から冷却することが、これらのコンポーネントの動作をその仕様内で可能にするために必要である。

【0003】

外部の冷却部は一般的に冷却剤ポンプを含み、これらの冷却剤ポンプは、別々のデータ線および供給線を介して制御され、かつ電気エネルギーを供給される。車両の総合効率を高めるため、冷却剤ポンプは需要に即応して制御される。これにより、電気駆動部の出力要求が高い場合は、冷却剤ポンプによっても冷却能力の上昇が要求され得る。車両レベルでの提供される冷却能力のこのような最適化は、しばしば複雑であり、かつ技術的に厄介である。さらに、冷却部を中央の制御機器に電気接続するための組立て作業が面倒である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／１１６８７１号明細書

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３１１９１号明細書

【文献】米国特許出願公開第２００９／２８９５８３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の基礎となる課題は、費用効率が良くてコンパクトな冷却部を備えた駆動装置を提案することに見いだされ得る。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この課題は、独立請求項のそれぞれの主題によって解決される。本発明の有利な形態はそれぞれの従属請求項の主題である。
本発明の一態様に基づき、駆動装置、とりわけ電気駆動可能な車両のための駆動装置が提供される。この駆動装置は、少なくとも１つの電気モータおよび電気モータを制御するための少なくとも１つの駆動インバータを有する。

【0007】

さらに、少なくとも１つの冷却剤ポンプ、冷却器、少なくとも１つのポンプインバータ、および少なくとも１つの熱交換器を備えた少なくとも１つの冷却ユニットが設けられている。熱交換器は、冷却剤回路を介して冷却剤ポンプおよび冷却器と、流体結合している。

【0008】

少なくとも１つのポンプインバータが、駆動インバータに組み込まれているかまたは駆動インバータに隣接して配置されていることが好ましく、冷却剤ポンプはポンプインバータによって制御可能である。

【0009】

したがってこの駆動装置は、駆動系のアセンブリを、ＨＶＡＣ／冷却領域のアセンブリと組み合わせている。これにより、より割安な全体システムおよび車両が提供され得る。この場合、駆動インバータが、電気駆動部の冷却剤ポンプの制御を担い得る。これは、駆動インバータへの１つもしくは複数の相応のポンプインバータの組込みまたは駆動インバータの隣へのこれらのポンプインバータの配置によって行われる。

【0010】

駆動インバータは、少なくとも１つの電気モータを制御するために適応されており、かつトラクションバッテリーまたは直流電圧源の直流電圧を、電気モータの動作のために変換し得る。例えば駆動インバータは、３相または６相の電気モータを制御するために、直流電圧を交流電圧に変換し得る。これに関し駆動インバータは、例えば駆動インバータに出力要求を通知し得るデータインターフェイスを有し得る。

【0011】

ポンプインバータは、１つまたは複数の冷却剤ポンプを制御でき、したがって冷却剤回路内の冷却剤の搬送を可能にし得る。これに関しポンプインバータは、駆動コンポーネントの必要な出力に応じて、冷却剤のより高いまたはより低い体積流量を調整し得る。

【0012】

本発明による駆動装置により、自己制御型または自己管理型の冷却部を備えた電動アクスルが実現され得る。とりわけ、出力供給および／またはデータ供給の際に、これらが集中的にアクスル側または電気モータ側の駆動インバータから供給されるので、シナジーが生じる。

【0013】

冷却アセンブリの制御部を駆動インバータに組み込むことで、この駆動インバータから、自己完結型の容易に適用可能なシステムが作られる。とりわけ、技術的に厄介な、冷却剤ポンプと、中央の制御機器と、駆動コンポーネントとの間での冷却剤流量の通信の実行をなくすことができる。したがって、例えば電気モータおよび駆動インバータのような駆動コンポーネントが、それ自体の冷却を引き起こすことができ、このようにして電動車両内の熱的、電気的、および機械的な制御を担い得る。これにより、トルク制御（トラクションおよび回生による減速）に関して自立的に設計され得る多機能型駆動装置がもたらされる。

【0014】

上位に置かれた車両制御部に対する主要なインターフェイスとして、ユニットとして形成された駆動装置がデータインターフェイスを有し得る。このデータインターフェイスを介し、横方向の目標値設定、例えばトルク設定、力設定、または加速度設定が、中央の車両制御部と交換され得る。

【0015】

さらなる利点は、少なくとも１つの冷却ユニットのデータ線およびエネルギー供給線をなくすことによるケーブル敷設作業の軽減にある。冷却剤ポンプは、駆動コンポーネントの中心的なデータ供給およびエネルギー供給を介して電気的に接続され得る。これに関し、ポンプインバータおよび駆動装置の熱設計を簡略化するため、駆動インバータ、電気モータ、およびポンプインバータの空間的配置の最適化により、１つの冷却面を一緒に利用することが可能になる。

【0016】

さらに、駆動インバータへのポンプインバータの組込みにより、駆動装置の組立て作業が軽減され得る。この場合、これらのコンポーネントは、比較的少数のネジ止め点で固定されてもよく、かつ車両内の比較的小さな設置スペースを占める。

【0017】

この駆動装置が、電気駆動可能な車両で使用され得ることが好ましい。このような車両は、例えば電動車両またはハイブリッド車両であり得る。

【0018】

車両は、ＢＡＳｔ（ドイツ道路交通研究所）規格に基づいて、支援されて、部分自動化されて、高度自動化されて、および／または完全自動化されてもしくは無人で動作可能であり得る。

【0019】

車両は、例えば乗用車、トラック、ロボタクシー、およびその類似物であり得る。車両は、道路上での動作には限定されない。むしろ車両は、水上を走る乗り物、空を飛ぶ乗り物、例えば輸送用ドローン、およびその類似物としても形成されていてもよい。

【0020】

１つの例示的な実施形態では、電気モータおよび駆動インバータが電動アクスルとして形成されている。その代わりにまたはそれに加えて、電気モータのギアも電動アクスルまたはｅアクスルに組み込まれていてもよい。したがって駆動装置は、需要に即応した冷却を内部で最適化できる自己冷却型ｅアクスルとして実現されていることもある。

【0021】

この措置により、冷却剤ポンプのエネルギー消費を最小限に抑えることができ、かつ冷却される駆動コンポーネントの自己防御または寿命が向上し得る。

【0022】

さらなる一つの実施形態によれば、ポンプインバータが、駆動インバータの１つの共有のハウジング内に配置されている。これにより、駆動インバータおよびポンプインバータの空間的連結が実現され得る。この空間的連結により、インバータの熱的な調節の際に、例えば共有の冷却体により、相乗効果を利用できる。

【0023】

さらに、インバータの機能的連結が実行され得る。この機能的結合は、複数のインバータのために、電子コンポーネント、例えばマイクロプロセッサおよびＡＳＩＣ保護回路を共通で利用するために用いられ得る。

【0024】

さらなる１つの例示的な実施形態によれば、冷却剤ポンプが、電気モータおよび／または駆動インバータに隣接して配置されている。これにより冷却剤ポンプが、駆動コンポーネントおよびポンプインバータに空間的に帰属し得る。この場合、冷却剤管および電気線を短くでき、かつ駆動装置の組立て作業が軽減され得る。

【0025】

さらなる一つの実施形態によれば、電気モータ、駆動インバータ、および／またはポンプインバータが１つの共有の熱交換器を有し、この熱交換器が冷却剤ポンプと流体結合している。この措置により、技術的に特に簡単な駆動装置が提供され得る。すべての駆動コンポーネントが、または駆動インバータを伴うポンプインバータだけが、１つの共有の熱交換器および／または１つの共有の冷却面を使用することができ、これにより熱管理の複雑さを軽減できる。

【0026】

さらなる１つの例示的な実施形態によれば、駆動インバータおよび少なくとも１つのポンプインバータが、１つの共有の熱交換器とまたは別々の熱交換器と熱的に結合している。したがって両方のインバータが１つの共有の冷却器または熱交換器を利用することができる。その代わりにまたはそれに加えて、インバータの動作温度に応じて、異なる冷却回路温度をもつ別々の冷却体が設けられ得る。

【0027】

それぞれの冷却剤回路が互いから切り離され得る。この場合、各インバータがその専用の冷却剤回路を有し得る。

【0028】

さらなる一つの実施形態によれば、電気モータが第１の熱交換器と熱的に連結しており、第１の熱交換器が、第１の冷却剤回路を介して第１の冷却ユニットと、流体結合している。

【0029】

駆動インバータおよび／または少なくとも１つのポンプインバータは、少なくとも１つの第２の熱交換器と熱的に連結していることが好ましく、第２の熱交換器は、第２の冷却剤回路を介して第２の冷却ユニットと、流体結合している。この形成形態では、少なくとも１つの電気モータが、インバータの冷却ユニットとは異なる冷却ユニットによって熱的な調節され得る。この措置により、電気モータに対してと、駆動インバータおよびポンプインバータの形態での電気モータおよびポンプモータの制御のためのパワーエレクトロニクスに対してとの、異なる温度レベルが実現され得る。例えば、電気モータがパワーエレクトロニクスより高い温度レベルで動作され得る。これにより、駆動装置の冷却が特に効率的になり得る。

【0030】

さらなる１つの例示的な実施形態によれば、少なくとも１つの冷却剤回路が冷却剤を有し、この冷却剤が、油、水、空気、としてまたは水溶液として形成されている。これにより、駆動コンポーネントの熱的な調節が特に多面的に実行され得る。

【0031】

例えば、電気モータがインバータとは異なる冷却剤で冷却され得る。
異なる冷却剤回路が同じまたは異なる冷却剤を有し得る。
以下に、非常に簡略化した概略図に基づいて、本発明の好ましい例示的な実施形態をより詳しく解説する。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】一つの実施形態に基づく駆動装置の概略図である。

【図2】さらなる一つの実施形態に基づく駆動装置の概略図である。

【図3】一つの実施形態に基づく別々の冷却剤回路を備えた駆動装置の概略図である。

【図4】さらなる一つの実施形態に基づく別々の冷却剤回路を備えた駆動装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図１では、一つの実施形態に基づく駆動装置１の概略図が示されている。駆動装置１は、電気駆動可能な車両、例えば電動車両またはハイブリッド車両において用いられ得る。

【0034】

例示的な実施形態において図示されている駆動装置１は、電気モータ２および電気モータ２を制御するための駆動インバータ４を有する。

【0035】

駆動インバータ４は、トラクションバッテリー６から提供される電気エネルギーを電気モータ２に提供および調節することができる。例えば駆動インバータ４が、直流電圧として提供されるトラクションバッテリー６のエネルギーを、交流電圧の形態で電気モータ２に提供し得る。

【0036】

上位に置かれた車両制御部８に対するインターフェイスとして、駆動装置１はデータインターフェイス１０を有し得る。データインターフェイス１０を介し、横方向の目標値設定、例えばトルク設定、力設定、または加速度設定が、中央の車両制御部８と交換され得る。

【0037】

駆動装置１はさらに冷却ユニット１２を有する。冷却ユニット１２は、例えば冷却器１４、ポンプインバータ１６、および冷却剤ポンプ１８を有し得る。熱交換器２０を介し、冷却ユニット１２が、可能である。

【0038】

ポンプインバータ１６は、冷却剤ポンプ１８の制御のために用いられ、かつ好ましくは駆動インバータ４に組み込まれているかまたは駆動インバータ４に隣接して配置されている。

【0039】

電気モータ２、駆動インバータ４、およびポンプインバータ１６が、ユニットとして、例えば電動アクスルとして形成されていてもよい。

【0040】

冷却剤ポンプ１８は、冷却剤回路２２内の冷却剤を搬送し得る。冷却剤回路２２は、冷却剤ポンプ１８を冷却器１４および熱交換器２０とつなぐ。

【0041】

熱交換器２０は、駆動インバータ４、電気モータ２、およびポンプインバータ１６の損失電力および廃熱を冷却剤に移すために適応されている。冷却剤によって吸収された熱は、その後、冷却器１４で放出され得る。

【0042】

電動アクスルへのポンプインバータ１６の組込みにより、ポンプインバータ１６は、駆動インバータ４の接続によって一緒に供給され得る。さらに、冷却剤ポンプ１８の出力要求が、冷却されるべき電動アクスルのすぐそばで確定され得る。冷却剤ポンプ１８の制御は、ポンプインバータ１６によって直接的に行われる。
冷却剤回路２２内の冷却剤は、例えば水溶液であり得る。

【0043】

図２は、さらなる一つの実施形態に基づく駆動装置１を概略図において図解している。図１に示された駆動装置１とは異なり、駆動インバータ４およびポンプインバータ１６のパワーエレクトロニクスの簡略化された熱管理を可能にするため、駆動インバータ４およびポンプインバータ１６が１つの共有の冷却板２４上に配置されている。

【0044】

図示された例示的な実施形態の駆動装置１はさらに、共有のハウジング２６内に冷却ユニット１２および電動アクスル４、２、１６の配置を有する。これにより、駆動装置１全体が、簡単に組立て可能なユニットとして形成されていてもよい。

【0045】

図３では、一つの実施形態に基づく別々の冷却剤回路２２．１、２２．２を備えた駆動装置１の概略図を示されている。

【0046】

電気モータ２は、第１の熱交換器２０．１と熱的に連結しており、第１の熱交換器２０．１は、第１の冷却剤回路２２．１を介して第１の冷却ユニット１２．１と、流体結合している。第１の熱交換器２０．１は、第１の冷却ユニット１２．１を介して冷却剤を供給される。その際、第１の冷却剤ポンプ１８．１が、第１の冷却剤回路２２．１内の冷却剤を搬送する。

【0047】

第２の冷却剤回路２２．２は、第２の冷却ユニット１２．２を介し、第２の冷却剤ポンプ１８．２によって動作される。ここで第２の熱交換器２０．２は、第２の冷却剤回路２２．２と流体結合している。

【0048】

第１の冷却剤ポンプ１８．１は第１のポンプインバータ１６．１によって、および第２の冷却剤ポンプ１８．２は第２のポンプインバータ１６．２によって制御され、かつ電気エネルギーを供給される。

【0049】

第１の冷却ユニット１２．１は、第１の冷却剤回路２２．１により、電気モータ２の熱的な調節のために、第１の熱交換器２０．１内の第１の温度レベルまたは熱移動を調整し得る。

【0050】

第２の冷却ユニット１２．２は、第２の冷却剤回路２２．２により、駆動インバータ４および第２のポンプインバータ１６．２の熱的な調節のために、第２の熱交換器２０．２内の第２の温度レベルまたは熱移動を調整し得る。この際に、第１のポンプインバータ１６．１も同様に第２の熱交換器２０．２によって冷却され得る。

【0051】

熱交換器２０は、基本的に、コンポーネントの冷却だけに適しているのではない。駆動装置１の形態に応じて、熱交換器２０は、コンポーネントの最適な仕様内での動作を可能にするため、コンポーネントの加熱にも使用され得る。

【0052】

図４は、さらなる一つの実施形態に基づく別々の冷却剤回路２２．１、２２．２を備えた駆動装置１の概略図を示す。図３に示された例示的な実施形態とは異なり、この駆動装置１は、各インバータ４、１６．１、１６．２のために別々の熱交換器２０．２、２０．３、２０．４を有する。熱交換器２０．２、２０．３、２０．４はすべて一緒に、第２の冷却剤回路２２．２と流体結合している。

【0053】

見やすくするために図３および図４では冷却器１４を図示していない。
代替的な形態によれば、異なるインバータ４、１６．１、１６．２を冷却するために、複数の互いから切り離された冷却剤回路が用いられてもよい。例えば各インバータ４、１６．１、１６．２が１つの熱交換器２０．２、２０．３、２０．４によって冷却され得、この熱交換器が、それぞれ１つの別々の冷却剤回路と流体連結している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】