特許 7605007 機電一体装置

(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】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】機電一体装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 11/33 20160101AFI20241217BHJP

【ＦＩ】

H02K11/33

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021065997

(22)【出願日】2021-04-08

(65)【公開番号】P2022161294

(43)【公開日】2022-10-21

【審査請求日】2024-01-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】片山 正章

【審査官】三澤 哲也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０７２８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１０５３５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１７０１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０６５４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１０４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１３２２２５９９（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １１／３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１回転電機及び第２回転電機と、
前記第１回転電機及び前記第２回転電機を制御するパワーコントロールユニットと、
前記パワーコントロールユニットの一部の構成要素であるリアクトル並びに前記第１回転電機及び前記第２回転電機を収容する第１のケース部材と、
前記第１のケース部材の上部に設けられ、前記パワーコントロールユニットの前記リアクトル以外の残りの構成要素を収容する第２のケース部材と、
前記第１のケース部材と前記第２のケース部材との間に設けられた隔壁と、
前記隔壁の内部に設けられ、前記パワーコントロールユニットの各構成要素を冷却するための冷媒が流れる冷却路と、
を備え、
前記リアクトルは、前記第１のケース部材内で、前記第１回転電機及び前記第２回転電機と、前記隔壁との間に形成されたスペースに位置させて、前記隔壁の前記第１のケース部材側の面に設置されており、
前記パワーコントロールユニットの前記残りの構成要素は前記隔壁の前記第２のケース部材側の面に設置されており、
前記冷媒は、前記隔壁において前記冷却路を形成する前記第１のケース部材側及び前記第２のケース部材側のそれぞれの壁部を介して、前記パワーコントロールユニットの各構成要素を冷却する、
ことを特徴とする機電一体装置。

【請求項2】

前記第１のケース部材内で前記第１回転電機及び前記第２回転電機を潤滑する潤滑油を有することを特徴とする請求項１に記載の機電一体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、機電一体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、回転電機とパワーコントロールユニットとを一体化した機電一体装置において、パワーコントロールユニットの各構成要素を高さ方向に積層して配置する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－０８８９３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示された構成では、パワーコントロールユニットの各構成要素の冷却を行うための冷却構造が複雑化するおそれがある。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、パワーコントロールユニットの高さ方向の大型化を抑制しつつ、複雑な冷却構造を採用することなくパワーコントロールユニットの各構成要素の冷却性能を担保することができる機電一体装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る機電一体装置は、回転電機と、前記回転電機を制御するパワーコントロールユニットと、前記パワーコントロールユニットの一部の構成要素及び前記回転電機を収容する第１のケース部材と、前記第１のケース部材の上部に設けられ、前記パワーコントロールユニットの前記一部の構成要素以外の残りの構成要素を収容する第２のケース部材と、前記第１のケース部材と前記第２のケース部材との間に設けられた、壁部を介して前記パワーコントロールユニットの各構成要素を冷却するための冷媒が流れる冷却路と、を備えるものである。

【0007】

これにより、パワーコントロールユニットの一部の構成要素を、回転電機が収容される第１のケース部材内に収容するとともに、第１のケース部材と第２のケース部材との間に設けられた冷却路を流れる冷媒によって、パワーコントロールユニットの各構成要素を冷却することができる。よって、パワーコントロールユニットの高さ方向の大型化を抑制しつつ、パワーコントロールユニットの各構成要素の冷却性能を担保することができる。

【0008】

また、上記において、前記第１のケース部材内で前記回転電機を潤滑する潤滑油を有し、前記第１のケース部材内に収容される前記パワーコントロールユニットの一部の構成要素は、リアクトルとしてもよい。

【0009】

これにより、潤滑油に耐性のあるリアクトルを第１のケース部材内に収容することができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る機電一体装置においては、パワーコントロールユニットの一部の構成要素を、回転電機が収容される第１のケース部材内に収容するとともに、第１のケース部材と第２のケース部材との間に設けられた冷却路を流れる冷媒によって、冷却路を形成する壁部を介してパワーコントロールユニットの各構成要素を冷却することができる。よって、本発明に係る機電一体装置は、パワーコントロールユニットの高さ方向の大型化を抑制しつつ、複雑な冷却構造を採用することなくパワーコントロールユニットの各構成要素の冷却性能を担保することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、実施形態に係る駆動ユニットの概略構成を示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る駆動ユニットの分解図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、本発明に係る機電一体装置の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。なお、本実施形態においては、本発明に係る機電一体装置を、車両の駆動力源として回転電機を備えた駆動ユニットに適用した場合を例として説明する。また、駆動ユニットが搭載される車両の前後方向の前側を「Ｆｒ」、車両の左右方向の右側を「ＲＨ」、車両の高さ方向の上側を「ＵＰＲ」として、図中に矢印を用いて各方向を適宜示す。

【0013】

図１は、実施形態に係る駆動ユニット１の概略構成を示した図である。図２は、実施形態に係る駆動ユニット１の分解図である。

【0014】

実施形態に係る駆動ユニット１は、第１回転電機ＭＧ１と第２回転電機ＭＧ２とＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０とが一体化されたユニット（機電一体装置）である。駆動ユニット１は、例えば、電動車両に搭載される。駆動ユニット１は、第１回転電機ＭＧ１と第２回転電機ＭＧ２とＰＣＵ１０、バスバー１６、及び、端子台１７などを収容するケース２０を備えている。

【0015】

第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、それぞれ電力の供給を受けて動力を発生するモータ（電動機）としての機能と、動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ（発電機）としての機能を果たすことが可能とされている。ここで、第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、ジェネレータとして機能する場合には、車両に搭載された内燃機関のトルクや車両の慣性力により発電を行い、バッテリを充電し、あるいはモータとして機能する他方の回転電機を駆動するための電力を供給する。一方、第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、モータとして機能する場合には、バッテリに充電された電力、あるいはジェネレータとして機能する他方の回転電機により発電された電力の供給を受けて力行する。

【0016】

ＰＣＵ１０は、第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２を制御する制御装置であって、制御基板１１、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２、フィルタコンデンサ１３、複数の半導体素子などが設けられパワーモジュール１４、及び、リアクトル１５などを備えている。

【0017】

実施形態に係る駆動ユニット１では、ＰＣＵ１０の各構成要素のうち、制御基板１１、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２、フィルタコンデンサ１３、及び、パワーモジュール１４を、ＰＣＵアッセンブリー１０Ａとして一体化させて構成している。ＰＣＵアッセンブリー１０Ａでは、制御基板１１の下方に、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２、フィルタコンデンサ１３、及び、パワーモジュール１４が平面状に並べて配置されている。これにより、制御基板１１、ＤＣ－ＤＣコンバータ１２、フィルタコンデンサ１３、及び、パワーモジュール１４を高さ方向に積層して、ＰＣＵアッセンブリー１０Ａを構成した場合よりも、ＰＣＵアッセンブリー１０ＡひいてはＰＣＵ１０の高さ方向の大型化を抑制することができる。

【0018】

ケース２０は、第１のケース部材であるトランスアクスルケース２１と、トランスアクスルケース２１の上部に設けられた第２のケース部材であるＰＣＵケース２２と、が一体化されて構成されている。トランスアクスルケース２１には、ＰＣＵ１０の一部の構成要素であるリアクトル１５と、第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２とが収容されている。ＰＣＵケース２２には、ＰＣＵ１０のリアクトル以外の他の構成要素であるＰＣＵアッセンブリー１０Ａが収容されている。また、ＰＣＵケース２２の上側は開口しており、この開口を覆うようにＰＣＵカバー２３がＰＣＵケース２２に取り付けられている。トランスアクスルケース２１内に設けられたリアクトル１５と、ＰＣＵケース２２内に設けられたＰＣＵアッセンブリー１０Ａとは、ケース２０内でケーブルやコネクタなどを介して電気的に接続されている。

【0019】

図１に示すように、ケース２０は、トランスアクスルケース２１側のトランスアクスル領域と、ＰＣＵケース２２側のＰＣＵ領域とが、ケース２０内において隔壁２４によって仕切られている。トランスアクスルケース２１とＰＣＵケース２２との間であって、隔壁２４の内部には、車両に設けられた冷却回路の電動ポンプ（図示せず）を作動させることで、流入ノズル３１から流入した液体状の冷媒が流れる冷却路３０が設けられている。冷却路３０を流れる冷媒は、隔壁４１において冷却路３０を形成するトランスアクスルケース２１側及びＰＣＵケース２２側のそれぞれの壁部を介して、少なくともＰＣＵ１０の各構成要素を冷却するためのものである。なお、冷却路３０は、隔壁２４の面方向で、少なくともＰＣＵ１０の各構成要素を冷却可能な範囲に設けられている。そして、本実施形態においては、ＰＣＵ１０のＤＣ－ＤＣコンバータ１２とフィルタコンデンサ１３とパワーモジュール１４とを隔壁２４のＰＣＵケース２２側の面に設置しており、ＰＣＵ１０のリアクトル１５を隔壁２４のトランスアクスルケース２１側の面に設置している。これにより、少なくともＰＣＵ１０のＤＣ－ＤＣコンバータ１２とフィルタコンデンサ１３とパワーモジュール１４とリアクトル１５とが、隔壁２４を介して冷却路３０を流れる冷媒によって冷却される。冷却路３０を流れてＰＣＵ１０の各構成要素を冷却した後の冷媒は、流出ノズル３２から外部に流出される。

【0020】

バスバー１６は、第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２と、ＰＣＵ１０とを、電気的に接続して、第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２と、ＰＣＵ１０との間で電力のやり取りを行うための電力線であり、端子台１７に支持されている。端子台１７は、ケース２０内において隔壁２４に形成された貫通孔に嵌り込んで隔壁２４に固定されている。なお、端子台１７と隔壁２４との間には、隙間が形成されないようにシールするシール部材を設けることが好ましい。ケース２０内では、バスバー１６が端子台１７から上下方向にトラスアクスルケース側とＰＣＵケース２２側とに延びている。そして、トランスアクスルケース２１内において第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２のそれぞれの端子がバスバー１６に接続され、ＰＣＵケース２２内においてＰＣＵ１０の端子がバスバー１６に接続される。これにより、ＰＣＵ１０はバスバー１６を介して第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２と電気的に接続されている。

【0021】

実施形態に係る駆動ユニット１においては、ＰＣＵ１０の構成要素であるリアクトル１５を、トランスアクスルケース２１内で隔壁２４に設置している。これにより、トランスアクスルケース２１内に、第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２を配置することで、第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２と、隔壁２４との間に形成されたデッドスペースを有効活用して、ＰＣＵ１０の高さ方向の大型化を抑制することができる。また、ＰＣＵ１０の各構成要素を隔壁２４に設置して、隔壁２４の内部に設けられた冷却路３０を流れる冷媒によって、隔壁２４において冷却路３０を形成する壁部を介してＰＣＵ１０の各構成要素を冷却することができるため、複雑な冷却構造を採用することなくＰＣＵ１０の各構成要素の冷却性能を担保することができる。さらには、トランスアクスルケース２１内で第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２の回転駆動に伴って掻き上げられた潤滑油が、リアクトル１５にかかることにより、前記潤滑油によってリアクトル１５の冷却を行うことが可能となる。

【符号の説明】

【0022】

１ 駆動ユニット
１０ ＰＣＵ
１０Ａ ＰＣＵアッセンブリー
１１ 制御基板
１２ ＤＣ－ＤＣコンバータ
１３ フィルタコンデンサ
１４ パワーモジュール
１５ リアクトル
１６ バスバー
１７ 端子台
２０ ケース
２１ トランスアクスルケース
２２ ＰＣＵケース
２３ ＰＣＵカバー
２４ 隔壁
３０ 冷却路
３１ 流入ノズル
３２ 流出ノズル
ＭＧ１ 第１回転電機
ＭＧ２ 第２回転電機

【図1】

【図2】