| 【発明の名称】 |
車輌用駆動装置および電力変換ユニット |
| 【発明者】 |
【氏名】渡辺 嘉崇
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動車株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】冷却性能に優れた冷却系を有する小型の車輌用駆動装置を提供する。
【解決手段】第１および第２の２つのスイッチング回路１Ａ，１Ｂと、第１および第２の２つのモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを備え、第１および第２モータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、互いの回転軸１０ａ，１０ｂが同軸上に位置するように配置され、第１および第２スイッチング回路１Ａ，１Ｂは、第１モータ／ジェネレータＭＧ１と第２モータ／ジェネレータＭＧ２の間に位置し、その通電電流により第１および第２モータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々の回転軸１０ａ，１０ｂを回転駆動する。冷媒が流通する冷却経路２０ａ1，２０ｂ1を内部に備えた冷却部が、第１スイッチング回路１Ａの第１モータ／ジェネレータＭＧ１側および第２スイッチング回路２Ａの第２モータ／ジェネレータＭＧ２側のそれぞれに位置している。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 スイッチング回路と、前記スイッチング回路からの通電電流により回転駆動可能な回転軸をそれぞれ有する第１および第２電動機とを備え、前記第１および第２電動機は、前記各々の回転軸が同軸上に位置するように配置され、前記スイッチング回路は、前記第１電動機と前記第２電動機との間に配置されてなる車輌用駆動装置であって、前記スイッチング回路の前記第１電動機側および前記第２電動機側のそれぞれに、冷媒が流通する経路を内部に備えた冷却部が位置している、車輌用駆動装置。
【請求項２】 前記スイッチング回路は、前記第１電動機を駆動する第１スイッチング回路と、前記第２電動機を駆動する第２スイッチング回路とを含み、前記第１スイッチング回路の前記第１電動機側および前記第２スイッチング回路の前記第２電動機側に、前記各々の冷却部が位置している、請求項１に記載の車輌用駆動装置。
【請求項３】 前記第１および第２スイッチング回路のそれぞれは、スイッチング素子と、前記スイッチング素子が動作することにより生ずる熱を外部へ放出する放熱部とを含み、前記各々の放熱部が前記各々の冷却部に接触するように、前記第１および第２スイッチング回路が配置されている、請求項２に記載の車輌用駆動装置。
【請求項４】 前記第１スイッチング回路を構成するスイッチング素子の動作を制御する第１スイッチング素子制御回路と、前記第２スイッチング回路を構成するスイッチング素子の動作を制御する第２スイッチング素子制御回路とを備え、前記第１スイッチング素子制御回路と前記第２スイッチング素子制御回路とが、前記第１および第２スイッチング回路の間に配置された単一のプリント基板上に形成されている、請求項２または３に記載の車輌用駆動装置。
【請求項５】 前記第１スイッチング素子制御回路が、前記プリント基板の前記第１スイッチング回路側表面に形成され、前記第２スイッチング素子制御回路が、前記プリント基板の前記第２スイッチング回路側表面に形成されている、請求項４に記載の車輌用駆動装置。
【請求項６】 前記各々の冷却部が、前記第１および第２電動機のハウジングの互いに向き合う対向壁にて構成されている、請求項１から５のいずれかに記載の車輌用駆動装置。
【請求項７】 前記第１および第２スイッチング回路を内部に収容し、外壁面と内壁面とを有する筐体をさらに備え、前記各々の放熱部が前記筐体の対向する一対の内壁面に接触するように前記第１および第２スイッチング回路がそれぞれ配設され、前記一対の内壁面に対応する外壁面が前記第１および第２電動機の互いに向き合う対向壁面にそれぞれ接触するように、前記筐体が配置されている、請求項１から６のいずれかに記載の車輌用駆動装置。
【請求項８】 前記各々の冷却部が、前記筐体の壁にて構成されている、請求項７に記載の車輌用駆動装置。
【請求項９】 同軸上に配置された第１および第２電動機の間に介在するように配置され、前記第１および第２電動機のそれぞれを駆動する第１および第２スイッチング回路と、前記第１および第２スイッチング回路を内部に収容する筐体とを備えた電力変換ユニットであって、前記第１および第２スイッチング回路のそれぞれは、スイッチング素子と、前記スイッチング素子が動作することにより生ずる熱を外部へ放出する放熱部とを含み、前記各々の放熱部が、前記筐体の内壁面のうち、前記第１電動機側に位置する内壁面および前記第２電動機側に位置する内壁面にそれぞれ接触するように、前記第１および第２スイッチング回路が配設されている、電力変換ユニット。
【請求項１０】 前記第１スイッチング回路を構成するスイッチング素子の動作を制御する第１スイッチング素子制御回路と、前記第２スイッチング回路を構成するスイッチング素子の動作を制御する第２スイッチング素子制御回路とを備え、前記第１スイッチング素子制御回路と前記第２スイッチング素子制御回路とが、前記第１および第２スイッチング回路の間に配置された単一のプリント基板上に形成されている、請求項９に記載の電力変換ユニット。
【請求項１１】 前記第１スイッチング素子制御回路が、前記プリント基板の前記第１スイッチング回路側表面に形成され、前記第２スイッチング素子制御回路が、前記プリント基板の前記第２スイッチング回路側表面に形成されている、請求項１０に記載の電力変換ユニット。
【請求項１２】 前記各々の冷却部が、前記筐体の壁にて構成されている、請求項９から１１のいずれかに記載の電力変換ユニット。
【請求項１３】 前記第１および第２スイッチング回路に供給される電力の平滑化を行なう平滑用コンデンサが、前記筐体内にさらに収容されている、請求項９から１２のいずれかに記載の電力変換ユニット。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流電力を直流電力に逆変換するスイッチング回路が組み込まれた電力変換ユニットに関し、さらにはこのスイッチング回路によって電力が供給されて駆動する電動機を含めた車輌用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、直流電源から得られる直流電力を電力変換装置を用いて交流電力に変換し、この交流電力を用いて電動機を駆動することによって、電気エネルギーを効率良く運動エネルギーに変換する電気駆動装置が知られている。この電気駆動装置の応用範囲は広く、近年では車輌への搭載も一部実用化が始まっている。
【０００３】上述の電気駆動装置を搭載した車輌としては、エンジンに加えて電気駆動装置を備えたハイブリッド電気自動車（Hybrid Electric Vehicle）や、内燃機関を搭載せずに電気駆動装置のみを搭載した電気自動車（Electric Vehicle）などがある。これら車輌は、環境に配慮した自動車として注目を集めている。
【０００４】このような電気駆動装置は、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換するスイッチング回路と、そのスイッチング回路から供給される交流電力により生じるステータ（固定子）の磁力によってロータ（回転子）が回転されることにより駆動する電動機である電動モータとから主に構成される。
【０００５】電気駆動装置の車輌への搭載にあたっては、限られたスペース内に電気駆動装置を配置する必要があり、装置の小型化が必須である。特にハイブリッド電気自動車においては、限られたスペース内にエンジンと電動モータとを配置する必要があり、各装置の小型化が非常に重要な課題となっている。また同時に、電動モータやスイッチング回路は発熱部品であるため、熱の蓄積による破損を防止するために冷却することが必要である。このため、冷却系の設計や冷却系の小型化も重要な課題の一つとなっている。
【０００６】電気駆動装置の冷却系としては、空冷方式の冷却系と液冷方式の冷却系とが考えられる。車輌内の居住性を高めるためには、広い放熱面積を必要としない液冷方式の冷却系を使用することが好ましい。この液冷方式を採用した車輌用駆動装置としては、たとえば特開平７−２８８９５０号公報に開示された車輌用駆動装置がある。
【０００７】図９は、上記公報に開示された車輌用駆動装置の要部を示す軸方向断面図である。図に示すように、上記公報に記載の車輌用駆動装置にあっては、同軸上に配置された２つの電動モータＭ１，Ｍ２のうちの片方の電動モータＭ２の軸方向端面にスイッチング回路を内包するスイッチングモジュール１０７が配置され、かつこのスイッチングモジュール１０７の放熱部１０７ａと電動モータＭ２の軸方向端面との間に、冷媒が流通する冷却経路１２０ｂ1が構成されている。スイッチング回路を構成するスイッチング素子は、スイッチングモジュール１０７内の放熱部１０７ａ上に実装されており、放熱部１０７ａを介して上記冷却経路１２０ｂ1によって冷却される。これにより、冷却系の冷却経路の短縮化が実現され、冷却系を含めた車輌用駆動装置の小型化が可能になる。
【０００８】しかしながら、上記構成の車輌用駆動装置にあっては、以下のような問題が生ずるおそれがある。
【０００９】第１に、上記構造を採用した場合には、十分な冷却性能を得ることができないおそれがある。通常、スイッチングモジュールの内部には複数のスイッチング素子や還流用のダイオードであるフリーホイールダイオードが実装されており、その冷却面の面積はスイッチングモジュールの定格電流が大きければ大きいほど増大する傾向にある。車輌用駆動装置に用いられるスイッチングモジュールとしては、通常数十Ａ〜数千Ａという非常に高い定格電流のスイッチングモジュールが必要となるため、非常に広い面積の冷却面が必要となる。このため、２つの電動モータＭ１，Ｍ２を駆動させるためのスイッチングモジュールは、片方の電動モータＭ２の軸方向端面に配置しきれないほど大きなものとなる。仮に配置できたとしても、スイッチング素子に生ずる熱に対して放熱面積を十分に大きく確保することは困難であり、冷却性能が劣ることが予想される。
【００１０】第２に、２つの電動モータＭ１，Ｍ２の間にプラネタリギアやチェーンドライブスプロケットのような動力分割／伝達手段が配置した場合、実際には図に示すよりもさらにスイッチングモジュールを配置する面積は狭くなることが予想される。したがって、上記構成にあってはさらに放熱面積が狭まるため、十分な冷却性能を得ることが困難になると思われる。
【００１１】以上のように、上記公報に開示された構造では十分な冷却性能を得ることが困難となることが予想され、さらなる改良を必要としている。
【００１２】この問題点を解決する車輌用駆動装置として、図１０に示す構造の車輌用駆動装置が考えられる。図１０に示す車輌用駆動装置にあっては、スイッチングモジュール２０７が２つの電動モータＭ１，Ｍ２のハウジングの外周面（すなわち回転軸の軸線と平行な方向に回転軸を囲む面）上に配置される。通常は、電動モータのハウジングの外周面の面積は軸方向端面の面積よりも大きく、この外周面上にスイッチングモジュール２０７を配置することにより、放熱面積を大きく確保することが可能になる。なお、スイッチングモジュール２０７と電動モータＭ１，Ｍ２のハウジングの外周面との間には、上記公報に掲載の車輌用駆動装置と同様に、それぞれ冷媒が流通する冷却経路が構成され、スイッチングモジュール２０７と電動モータＭ１，Ｍ２とはバスバー２０８によって電気的に接続される。
【００１３】さらに、車輌用駆動装置全体としての小型化を図るためには、図１１に示すように、電動モータＭ１，Ｍ２の間に平滑用コンデンサ２０６を配置することが有効的である。このように、２つの電動モータＭ１，Ｍ２の間に平滑用コンデンサ２０６を配置することにより、スイッチングモジュール２０７と平滑用コンデンサ２０６とを電気的に接続するバスバー２０８の短縮化を図ることも可能である。これにより、スイッチング回路を構成するスイッチング素子に印加されるサージが低減されるとともに、配線における電力損失も低減され、小型かつ高性能の車輌用駆動装置を提供することが可能になる。
【００１４】しかしながら、本構成の車輌用駆動装置にあっては、回転軸の径方向に車輌用駆動装置が大型化するため、車輌用駆動装置の全体としての小型化には未だ十分には寄与していない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明は上記問題点を解決すべくなされたものであり、冷却性能に優れた冷却系を有する小型の車輌用駆動装置およびこの車輌用駆動装置に用いられる電力変換ユニットを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明に基づく車輌用駆動装置は、スイッチング回路と、第１および第２の２つの電動機とを備える。第１および第２電動機は、互いの回転軸が同軸上に位置するように配置される。スイッチング回路は、第１電動機と第２電動機との間に位置し、その通電電流により第１および第２電動機の各々の回転軸を回転駆動する。冷媒が流通する経路を内部に備えた冷却部が、スイッチング回路の第１電動機側および第２電動機側のそれぞれに位置している。
【００１７】このように、スイッチング回路を第１電動機と第２電動機との間に配置し、冷却部をスイッチング回路の第１電動機側および第２電動機側のそれぞれに配置することにより、広い冷却面積を確保することが可能となる。これにより、冷却性能に優れた車輌用駆動装置を提供することが可能になる。また、第１および第２電動機の間にスイッチング回路を配置しているため、装置全体としての小型化も実現される。よって、車輌用駆動装置の小型化と冷却効率の向上とを両立させることが可能になる。
【００１８】上記本発明に基づく車輌用駆動装置にあっては、スイッチング回路は、第１電動機を駆動する第１スイッチング回路と、第２電動機を駆動する第２スイッチング回路とを含み、第１スイッチング回路の第１電動機側および第２スイッチング回路の第２電動機側に、各々の冷却部が位置していることが望ましい。
【００１９】このように、第１電動機を駆動する第１スイッチング回路を第１電動機側に配置し、第２電動機を駆動する第２スイッチング回路を第２電動機側に配置することにより、これらを結ぶ配線の短縮化が図られ、装置全体としての小型化に寄与するとともに損失の低減が図られ、高性能の車輌用駆動装置をコンパクトに構成することが可能になる。
【００２０】上記第１および第２スイッチング回路のそれぞれは、スイッチング素子と、これらスイッチング素子が動作することにより生ずる熱を外部へ放出する放熱部とを含んでいる。上記本発明に基づく車輌用駆動装置にあっては、これら各々の放熱部が各々の冷却部に接触するように、第１および第２スイッチング回路が配置されていることが望ましい。
【００２１】このように、放熱部と冷却部とを直接接触させて配置することにより、冷却性能にさらに優れた車輌用駆動装置を提供することが可能になる。
【００２２】上記本発明に基づく車輌用駆動装置にあっては、第１スイッチング回路を構成するスイッチング素子の動作を制御する第１スイッチング素子制御回路と、第２スイッチング回路を構成するスイッチング素子の動作を制御する第２スイッチング素子制御回路とを備え、これら第１スイッチング素子制御回路と第２スイッチング素子制御回路とが、第１および第２スイッチング回路の間に配置された単一のプリント基板上に形成されていることが好ましい。
【００２３】このように、第１および第２電動機に電力を供給する第１および第２スイッチング回路を構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する第１および第２スイッチング素子制御回路を単一プリント基板上に形成してプリント基板を共有化することにより、車輌用駆動装置の軸方向の小型化が可能になる。
【００２４】上記本発明に基づく車輌用駆動装置にあっては、たとえば、第１スイッチング素子制御回路がプリント基板の第１スイッチング回路側表面に形成され、第２スイッチング素子制御回路がプリント基板の第２スイッチング回路側表面に形成されていることが望ましい。
【００２５】このように、プリント基板の両主表面に回路を形成することにより、高密度に第１および第２スイッチング素子制御回路を形成することが可能になり、単一の基板にこれら回路を共有化することが可能になる。
【００２６】上記本発明に基づく車輌用駆動装置にあっては、たとえば、各々の冷却部が第１および第２電動機のハウジングの互いに向き合う対向壁にて構成されていることが望ましい。
【００２７】このように冷却部を設ける位置としては、第１および第２電動機のハウジングの互いに向き合う対向壁が考えられる。これらハウジングの対向壁のそれぞれに冷媒が流通する経路を設けておくことにより、高効率に第１および第２スイッチング回路を冷却することが可能になる。
【００２８】上記本発明に基づく車輌用駆動装置は、第１および第２スイッチング回路を内部に収容し、外壁面と内壁面とを有する筐体をさらに備え、各々の放熱部が筐体の対向する一対の内壁面上に接触するように、第１および第２スイッチング回路がそれぞれ配設され、一対の内壁面に対応する外壁面が第１および第２電動機の対向壁面にそれぞれ接触するように、筐体が配置されていることが好ましい。
【００２９】このように、第１および第２スイッチング回路を筐体内に収容してユニット化することも可能である。この場合には、筐体の内壁面のうち、対向する一対の内壁面のそれぞれに、第１および第２スイッチング回路を配置し、この一対の内壁面に対応した外壁面と接触するように、第１および第２電動機を配置して筐体を挟み込むようにする。これにより、筐体の壁を介して放熱部と冷却部とが熱交換可能となるため、効率良くスイッチング回路を冷却することが可能になる。このユニット化により、製造時における作業の容易性が向上する。また、スイッチング回路を修理または交換する際にも、ユニットごとスイッチング回路を取り出すことが可能になるため、メンテナンス作業の簡便化も可能になる。
【００３０】上記本発明に基づく車輌用駆動装置にあっては、たとえば、各々の冷却部が筐体の壁にて構成されていることが好ましい。
【００３１】このように冷却部を設ける位置としては、第１および第２スイッチング回路が収納された筐体の壁が考えられる。第１および第２スイッチング回路が収容された筐体の壁に冷媒が流通する経路を構成すれば、スイッチング素子と冷媒との距離を短縮することができ、高効率に冷却することが可能になる。
【００３２】本発明に基づく電力変換ユニットは、第１および第２スイッチング回路と、これら回路を内部に収容する筐体とを備える。この電力変換ユニットは、同軸上に配置された第１および第２電動機の間に介在するように配置される。第１および第２スイッチング回路のそれぞれは、スイッチング素子と、これらスイッチング素子が動作することにより生ずる熱を外部へ放出する放熱部とを含む。第１および第２スイッチング回路は、その各々の放熱部が、筐体の内壁面のうちの第１電動機側に位置する内壁面および第２電動機側に位置する内壁面に接触するように配設される。
【００３３】このように、第１および第２スイッチング回路を、筐体の内壁面のうちの２つの電動機側に位置する一対の内壁面のそれぞれに配置することにより、同軸上に配置された２つの電動機の間に電力変換ユニットを配置することにより、簡便に車輌用駆動装置を製造することが可能になる。
【００３４】上記本発明に基づく電力変換ユニットにあっては、第１スイッチング回路を構成するスイッチング素子の動作を制御する第１スイッチング素子制御回路と、第２スイッチング回路を構成するスイッチング素子の動作を制御する第２スイッチング素子制御回路とを備え、第１スイッチング素子制御回路と第２スイッチング素子制御回路とが、第１および第２スイッチング回路の間に配置された単一のプリント基板上に形成されていることが好ましい。
【００３５】このように、第１および第２電動機に電力を供給する第１および第２スイッチング回路を構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する第１および第２スイッチング素子制御回路を単一プリント基板上に形成してプリント基板を共有化することにより、電力変換ユニットを小型化することが可能になる。
【００３６】上記本発明に基づく電力変換ユニットにあっては、第１スイッチング素子制御回路がプリント基板の第１スイッチング回路側表面に形成され、第２スイッチング素子制御回路がプリント基板の第２スイッチング回路側表面に形成されていることが望ましい。
【００３７】このように、プリント基板の両主表面に回路を形成することにより、高密度に第１および第２スイッチング素子制御回路を形成することが可能になり、単一の基板にこれら回路を共有化することが可能になる。
【００３８】上記本発明に基づく電力変換ユニットにあっては、各々の冷却部が筐体の壁にて構成されていることが好ましい。
【００３９】このように、第１および第２スイッチング回路が配置される筐体の壁に冷媒が流通する経路を設けて筐体の壁自体にて冷却部を構成することにより、効率良く第１および第２スイッチング回路を構成するスイッチング素子を冷却することが可能な電力変換ユニットを提供することが可能になる。
【００４０】上記本発明に基づく電力変換ユニットにあっては、たとえば、第１および第２スイッチング回路に供給される電力の平滑化を行なう平滑用コンデンサが筐体内にさらに収容されていることが好ましい。
【００４１】このように、平滑用コンデンサが筐体内部に収容されていることにより、第１および第２スイッチング回路と平滑用コンデンサとを結ぶ結線を短くすることが可能になるため、損失を低く抑えることが可能になる。さらには、平滑用コンデンサを筐体内のデッドスペースに配置することにより、車輌用駆動装置を小型化することも可能になる。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００４３】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１における車輌用駆動装置の軸方向断面図であり、図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。また、図３は、本発明の実施の形態１における車輌用駆動装置の回路構成図である。
【００４４】まず、図１を参照して、本実施の形態における車輌用駆動装置の構造について説明する。図に示すように、車輌用駆動装置は２つのモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、それらモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動する２つのスイッチング回路が収容される電力変換ユニットＩＵとを有している。
【００４５】２つのモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２はそれぞれ回転軸１０ａ，１０ｂを有しており、互いの回転軸が同軸上に重なるように配置される。モータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間には、動力分割／伝達手段であるプラネタリギア３１およびチェーンドライブスプロケット３２や、上述の電力変換ユニットＩＵが配置される。
【００４６】モータ／ジェネレータＭＧ１は、ハウジング２０ａと、回転軸１０ａと、ステータコア１１ａと、コイル１２ａと、ロータ１３ａと、永久磁石１４ａとを主に有している。ステータコア１１ａは、ハウジング２０ａの内周面に嵌め込まれて固定されており、コイル１２ａは、ステータコア１１ａに巻装されている。ロータ１３ａは、ステータコア１１ａに径方向のギャップを介してその内周領域に位置するように回転軸１０ａに固着されており、永久磁石１４ａは、そのロータ１３ａ内に取り付けられている。回転軸１０ａは転がり軸受け１９を介してハウジング２０ａに回転可能に支持されている。
【００４７】モータ／ジェネレータＭＧ２は、ハウジング２０ｂと、回転軸１０ｂと、ステータコア１１ｂと、コイル１２ｂと、ロータ１３ｂと、永久磁石１４ｂとを主に有している。これらの構成はモータ／ジェネレータＭＧ１の各部の構成とほぼ同じであるため、その説明は省略する。なお、ロータ１３ｂが固着される回転軸１０ｂも転がり軸受け１９を介してハウジング２０ｂに回転可能に支持されている。
【００４８】電力変換ユニットＩＵは、上述の如く、２つのモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間に配置される。このとき、電力変換ユニットＩＵの筐体であるインバータケース２０ｃの軸方向端面が、モータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のハウジング２０ａ，２０ｂの互いに向かい合う対向壁面と接触するように、電力変換ユニットＩＵが配置される。なお、電力変換ユニットＩＵは、上述のプラネタリギア３１やチェーンドライブスプロケット３２を回避するような形状となっている。
【００４９】第１および第２スイッチング回路１Ａ，１Ｂのそれぞれは、スイッチング素子１ａと、フリーホイールダイオード１ｂと、放熱部１ｃとを有している。スイッチング素子１ａおよびフリーホイールダイオード１ｂは、放熱部１ｃ上に実装される。このように、放熱部１ｃ上にスイッチング素子１ａやフリーホイールダイオード１ｂを実装することにより、素子が動作することによって素子内に生ずる熱が外部へ放出されるようになる。ここで、放熱部１ｃは、たとえば、両面に銅メッキが施されたセラミック基板などが使用される。
【００５０】電力変換ユニットＩＵ内には、第１および第２の２つのスイッチング回路１Ａ，１Ｂが配置されている。まず、モータ／ジェネレータＭＧ１側のインバータケース２０ｃの内壁面には、モータ／ジェネレータＭＧ１を駆動するための第１スイッチング回路１Ａが配置される。一方、モータ／ジェネレータＭＧ２側のインバータケース２０ｃの内壁面には、モータ／ジェネレータＭＧ２を駆動するための第２スイッチング回路１Ｂが配置される。これにより、第１スイッチング回路１Ａを構成するスイッチング素子等と、第２スイッチング回路１Ｂを構成するスイッチング素子等とが、インバータケース２０ｃ内の一対の内壁面に互いに向かい合うように配置されることとなる。
【００５１】インバータケース２０ｃ内部の収容空間の中央付近（すなわち、第１スイッチング回路１Ａと第２スイッチング回路１Ｂの間）にはプリント基板２が配設されており、その主面は、第１および第２スイッチング回路１Ａ，１Ｂと向き合うようにモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸１０ａ，１０ｂの延伸方向を向いている。このプリント基板２上には、第１スイッチング回路１Ａのスイッチング素子の動作を制御するスイッチング素子制御回路と、第２スイッチング回路１Ｂのスイッチング素子の動作を制御するスイッチング素子制御回路が、共有化されて形成されている。すなわち、単一のプリント基板２上に２つのスイッチング素子制御回路が形成されている。この場合、第１スイッチング回路１Ａを構成するスイッチング素子を制御する第１スイッチング素子制御回路が、プリント基板２の第１スイッチング回路１Ａ側主面に形成され、第２スイッチング回路１Ｂを構成するスイッチング素子を制御する第２スイッチング素子制御回路がプリント基板２の第２スイッチング回路１Ｂ側主面に形成されていることが好ましい。なお、プリント基板２のゲート出力端子は、信号線３によってスイッチング素子１ａのゲート電極に電気的に接続される。
【００５２】次に、図１および図２を参照して、本実施の形態における車輌用駆動装置の冷却構造について説明する。図１に示すように、モータ／ジェネレータＭＧ２の軸方向端面のうち電力変換ユニットＩＵと対面しない方の端面には、冷媒を送り出すポンプ１７が設置されている。このポンプ１７によって送り出された冷媒は、モータ／ジェネレータＭＧ２の回転軸１０ｂ中に形成された冷却経路１０ｂ1中を流通する。モータ／ジェネレータＭＧ２の回転軸１０ｂには、冷媒の噴出孔が形成されている。これにより、この噴出孔からモータ／ジェネレータＭＧ２のハウジング２０ｂ内へと冷媒の一部が噴出する。
【００５３】モータ／ジェネレータＭＧ２のハウジング２０ｂの電力変換ユニットＩＵに面する側の端面を構成する壁は、冷媒が内部を流通する冷却経路２０ｂ1を有している。この冷却経路２０ｂ1は、回転軸１０ｂの冷却経路１０ｂ1と接続されており、冷却経路１０ｂ1から冷媒が供給される。これにより、上記モータ／ジェネレータＭＧ２のハウジングの壁によって、第２スイッチング回路１Ｂの放熱部１ｃの熱を吸熱する冷却部が、第２スイッチング回路１Ｂのモータ／ジェネレータＭＧ２側に構成されることになる。
【００５４】ここで、図２に示すように、冷却経路２０ｂ1は、回転軸１０ｂの冷却経路１０ｂ1から流入した冷媒が渦巻状に回転して径方向外側へと移動するように構成されている。なお、図１においては、冷媒の移動方向を明確に説明するために、冷却経路を構成する隔壁の図示を省略している。また、図２においては、回転軸の図示を省略している。この冷却経路２０ｂ1内を流通した冷媒は、流通孔２１によって回収され、モータ／ジェネレータＭＧ２のステータ１１ｂ内を通過して、冷却油室１８ｂへと到達する（図１参照）。
【００５５】また、ポンプ１７によってモータ／ジェネレータＭＧ２の回転軸１０ｂ中の冷却経路１０ｂ1へと送り出された冷媒の一部は、モータ／ジェネレータＭＧ１の回転軸１０ａ中に形成された冷却経路１０ａ1へと到達する。モータ／ジェネレータＭＧ１のハウジング２０ａの電力変換ユニットＩＵに面する側の端面を構成する壁は、冷媒が内部を流通する冷却経路２０ａ1を有している。この冷却経路２０ａ1は、回転軸１０ａの冷却経路１０ａ1と接続されており、冷却経路１０ａ1から冷媒が供給される。これにより、上記モータ／ジェネレータＭＧ１のハウジングの壁によって、第１スイッチング回路１Ａの放熱部１ｃの熱を吸熱する冷却部が、第１スイッチング回路１Ａのモータ／ジェネレータＭＧ１側に構成されることになる。なお、この冷却経路２０ａ1は、上記モータ／ジェネレータＭＧ１の壁に形成された冷却経路２０ｂ1と同様の形状の冷却経路である。この冷却経路内２０ａ1を流通した冷媒は、モータ／ジェネレータＭＧ１のステータ１１ａ内を通過して、冷却油室１８ａへと到達する。
【００５６】なお、本実施の形態においては、モータ／ジェネレータＭＧ１はモータ／ジェネレータＭＧ２よりも定格電流の小さいモータ／ジェネレータであり、車輌駆動用の補機として利用されるものであるため、モータ／ジェネレータＭＧ１のハウジング２０ａ内への冷媒の導入は行なっていないが、主機であるモータ／ジェネレータＭＧ２と同様にハウジング内へと噴出させる構成としても良い。
【００５７】上記のように、２つのモータ／ジェネレータの電力変換ユニット側の軸方向端面を構成するハウジングの壁に、冷媒が流通する冷却経路を構成しておくことにより、この中を流れる冷媒によって電力変換ユニット内に位置するスイッチング素子が効果的に冷却されるようになる。
【００５８】次に、図３を参照して、本発明の実施の形態１における車輌用駆動装置の回路構成について説明する。
【００５９】図３に示す回路は一般的な車輌用駆動装置の回路構成であって、本発明の実施の形態における車輌用駆動装置においてもこの回路構成を採用している。スイッチング回路１は、スイッチング素子１ａとフリーホイールダイオード１ｂとからなる組を、三相の上下アーム分すなわち計６組有している。これら６組のスイッチング素子１ａおよびフリーホイールダイオード１ｂによって三相ブリッジ回路が構成されることにより、スイッチング回路１が構成される。これにより、入力信号に応じて直流電力を三相の交流電力に変換して出力することが可能になる。
【００６０】ここで、スイッチング素子１ａとしては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate BipolarTransistor）やパワーＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタなどの絶縁ゲート型電界効果トランジスタが用いられる。なお、フリーホイールダイオード１ｂは還流用に用いられるダイオード素子である。
【００６１】スイッチング素子１ａの各々のゲートは、スイッチング素子制御回路４に接続されている。スイッチング素子制御回路４は、図示しないインバータ制御回路を介して同じく図示しないＥＣＵ（Electrical Control Unit）に接続されており、車輌の運転条件に応じてスイッチング素子１ａのＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。なお、近年においては、車輌用駆動装置への搭載性を考慮して、単一のパッケージ内にスイッチング素子とスイッチング素子制御回路とが同時に実装されるＩＰＭ（Integrated Power Module）と呼ばれるモジュール７が主流となっている。
【００６２】上記スイッチング回路１およびスイッチング素子制御回路４を内包するＩＰＭ７は、外部との接続端子として、直流電力入力側にＰ，Ｎの２つの端子を、交流電力出力側にＵ，Ｖ，Ｗの３つの端子を備えている。このうちＰ，Ｎ端子は、バッテリーＢａｔｔおよび平滑用コンデンサ６の正極および負極にそれぞれ電気的に接続される。ここで、平滑用コンデンサ６はスイッチング回路１に入力される直流電力の平滑化を行なうコンデンサである。一方、Ｕ，Ｖ，Ｗ端子は、モータ／ジェネレータＭＧの三相の接続端子にそれぞれ接続される。
【００６３】以上の構成により、バッテリＢａｔｔから得られる直流電力がスイッチング素子１ａのＯＮ／ＯＦＦ動作によって交流電力に変換され、それにより得られた三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力よってモータ／ジェネレータＭＧが駆動される。これにより、モータ／ジェネレータＭＧの回転軸に車輌の推進力となる回転力が与えられる。
【００６４】本実施の形態における車輌用駆動装置にあっては、２つのスイッチング回路を２つのモータ／ジェネレータの間に配置し、冷却部をスイッチング回路のモータ／ジェネレータ側にそれぞれ配置することにより、従来の車輌用駆動装置に比べて２倍の冷却面積を確保している。これにより、効率よくスイッチング素子を冷却することが可能になる。また、２つのモータ／ジェネレータの間に２つのスイッチング回路を配置しているため、装置全体としての小型化も実現される。よって、車輌用駆動装置の小型化と冷却効率の向上とを両立させることが可能になる。
【００６５】また、本実施の形態においては、２つのスイッチング回路を駆動するスイッチング素子制御回路が形成されるプリント基板を単一の基板に共有化している。これにより、従来に比べて、車輌用駆動装置の軸方向の大きさを小型にすることが可能になる。
【００６６】さらには、本実施の形態においては、２つのスイッチング回路を筐体内に収容してユニット化することにより、製造時や修理時における作業の容易性も担保されている。
【００６７】（実施の形態２）図４は、本発明の実施の形態２における車輌用駆動装置の軸方向断面図である。本実施の形態における車輌用駆動装置は、上述の実施の形態１における冷却経路の構成を変更したものである。このため、上記実施の形態１と同様の部分については図中同じ符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００６８】本実施の形態における車輌用駆動装置にあっては、モータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間に配置された電力変換ユニットＩＵのインバータケース２０ｃの壁にも冷媒の流通する冷却経路が形成されている。これにより、インバータケース２０ｃの壁によって、スイッチング回路１Ａ，１Ｂの放熱部１ｃの熱を吸熱する冷却部が、スイッチング回路１Ａ，１Ｂのモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２側に構成されることになる。なお、電力変換ユニットＩＵのインバータケース２０ｃの壁に形成された冷却経路２０ｃ1とモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれのハウジング２０ａ，２０ｂに形成された冷却経路２０ａ1，２０ｂ1とは連通している。
【００６９】インバータケース２０ｃの周面に設けられた冷媒の流入孔２０ｃ2から流入した冷媒は、インバータケース２０ｃのモータ／ジェネレータＭＧ１側の壁およびインバータケース２０ｃのモータ／ジェネレータＭＧ２側の壁のそれぞれに形成された冷却経路２０ｃ1に分岐して流通する。この冷却経路２０ｃ1が形成された部分のインバータケース２０ｃの内壁面には、それぞれ第１および第２スイッチング回路１Ａ，１Ｂの放熱１ｃ部が配置されているため、冷却経路内２０ｃ1を流通する冷媒によって、スイッチング素子内に生ずる熱が吸熱される。
【００７０】モータ／ジェネレータＭＧ１側に位置する冷却経路２０ｃ1を流通した冷媒は、モータ／ジェネレータＭＧ１の壁内の冷却経路２０ａ1へと流入する。モータ／ジェネレータＭＧ１の壁内の冷却経路２０ａ1を流通した冷媒の一部は、モータ／ジェネレータＭＧ１のステータ１１ａ中を流通し、冷却油室１８ａへと回収される。モータ／ジェネレータＭＧ２の壁内の冷却経路２０ａ1内にて分岐した残りの冷媒は、モータ／ジェネレータＭＧ１のハウジング２０ａ内を通過して回転軸１０ａ1内に形成された冷却経路２０ａ1と達し、車輌駆動装置外部へと流出する。
【００７１】他方、モータ／ジェネレータＭＧ２側に位置する冷却経路２０ｃ1を流通した冷媒は、モータ／ジェネレータＭＧ２の壁内の冷却経路２０ｂ1へと流入する。モータ／ジェネレータＭＧ２の壁面内の冷却経路２０ｂ1を流通した冷媒の一部は、モータ／ジェネレータＭＧ２のステータ１１ｂ中を流通し、冷却油室１８ｂへと回収される。モータ／ジェネレータＭＧ２の壁面内の冷却経路２０ｂ1内にて分岐した残りの冷媒は、モータ／ジェネレータＭＧ２のハウジング２０ｂ内を通過して回転軸１０ｂ1内に形成された冷却経路２０ｂ1と達し、その一部がハウジング２０ｂ内に噴出孔から噴出され、残りが車輌駆動装置外部へと流出する。
【００７２】本実施の形態においては、電力変換ユニットのインバータケースの壁内に冷媒が流通する冷却経路を構成し、さらに冷媒が流通する冷却経路上において、モータ／ジェネレータよりも上流側にスイッチング回路の放熱部が位置している。このため、上記実施の形態１よりもスイッチング回路をより効果的に冷却することが可能になる。
【００７３】（実施の形態３）図５は、本発明の実施の形態３における車輌用駆動装置の軸方向断面図である。本実施の形態における車輌用駆動装置は、放熱部に接触して冷却する冷却部をモータ／ジェネレータおよびインバータケースとは別体にて形成したものである。なお、上記実施の形態１および２と同様の部分については図中同じ符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００７４】本実施の形態における車輌用駆動装置にあっては、モータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、これらの間に配置される電力変換ユニットＩＵのインバータケース２０ｃの壁面との間に、別体の冷却部材ＣＭが配置されている。別体の冷却部材ＣＭとしては、たとえば、冷媒が流通する冷却経路が内部に形成された円板形状の部材が２つ用いられる。これにより、スイッチング回路１Ａ，１Ｂの放熱部１ｃの熱を吸熱する冷却部が、インバータケース２０ｃの壁面を介して、スイッチング回路１Ａ，１Ｂのモータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２側に構成されることになる。
【００７５】冷却部材ＣＭの周面に設けられた冷媒の流入孔２０ｄ2から流入した冷媒は、冷却部材ＣＭ内に形成された冷却経路２０ｄ1内を流通し、冷却部材ＣＭの周面の他の領域に形成された流出孔２０ｄ3から外部へと流出する。ここで、各々の冷却部材ＣＭは、スイッチング素子が実装された放熱部１ｃが組付けられたインバータケース２０ｃの壁面に接触しているため、冷却部材ＣＭ中を流通する冷媒によってスイッチング素子に生ずる熱を吸熱することが可能になる。なお、モータ／ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、上述の実施の形態１と同様の冷却経路を有している。
【００７６】本実施の形態においては、冷却部材は、電力変換ユニットの軸方向端面に接するように配置されているため、電力変換ユニット内に配設された放熱部の熱は、電力変換ユニットの壁面を介して、冷却部材中を流通する冷媒によって吸熱される。一方、モータ／ジェネレータは、別体の冷却部材によって構成される冷却経路とは別に形成された冷却経路によって冷却される。このように、本実施の形態においては、スイッチング回路とモータ／ジェネレータとを冷却する冷却経路がそれぞれ独立して設けられるため、各々の発熱要素をより効果的に冷却することが可能になる。この場合にも本実施の形態の如く構成することにより、装置全体としての小型化が実現されるため、車輌用駆動装置の小型化と冷却効率の向上とを両立させることが可能になる。
【００７７】上記実施の形態１から３においては、図６に示すように、電力変換ユニットＩＵの構造として、インバータケース２０ｃの一対の内壁面にスイッチング回路１Ａ，１Ｂが銅貼り基板などによって構成される放熱部を介して直接配設されたものを例示している。しかしながら、電力変換ユニットの構成としてはＩＰＭと呼ばれるパッケージが用いられる場合が多い。以下においては、本発明に基づく電力変換ユニットとして、ＩＰＭが用いられた場合の電力変換ユニットの構成例について説明する。
【００７８】まず、図７に示すように、インバータケース２０ｃの一対の内壁面に、ＩＰＭ７を配置する場合が考えられる。ここで、ＩＰＭとは、上述したように単一パッケージ内にスイッチング素子やフリーホイールダイオード等と一緒にスイッチング素子制御回路が形成されたプリント基板をも内包したものであり、その下面には放熱部７ａである放熱板が配置されている。この放熱部７ａをインバータケース２０ｃの一対の内壁面に接触するように配置することにより、上述の車輌用駆動装置に適用可能な電力変換ユニットを構成することが可能になる。
【００７９】また、図８に示すように、インバータケース２０ｃ内に平滑用コンデンサ６が収容された電力変換ユニットを用いることも可能である。インバータケース２０ｃ内において、ＩＰＭ７と平滑用コンデンサ６とはバスバー８によって結線される。本構成のように、インバータケース２０ｃ内に平滑用コンデンサ６を収容することにより、スイッチング回路１Ａ，１Ｂと平滑用コンデンサ６とを電気的に結ぶバスバー８を短縮化することが可能になるため、スイッチング回路を構成するスイッチング素子に印加されるサージが低減されるとともに、配線における電力損失も低減されるため、小型でかつ高性能の電力変換ユニットを提供することが可能になる。
【００８０】上述の実施の形態１から３においては、冷却部をスイッチング回路の電動機側に配置した構成例として、電動機のハウジングの壁にて冷却部を形成した場合、電力変換ユニットの筐体の壁にて形成した場合、および電動機と電力変換ユニットとの間に別体の冷却部材を介在させた場合をそれぞれ例示したが、これらの場合における冷却経路の這い回しや冷媒の流通方向等はあくまで例示であって、制限されるものではない。本発明は、車輌用駆動装置全体としての小型化を維持したままスイッチング回路の放熱面積の増大を図るものであり、２つの電動機の間にスイッチング回路が配置された車輌用駆動装置において上述のようにスイッチング回路の電動機側のそれぞれに冷却部が配置されている構造であれば、どの様に構造であっても構わない。
【００８１】また、上述の実施の形態１から３においては、いずれも第１および第２スイッチング回路を内包する筐体であるインバータケースを設けた場合を例示して説明を行なったが、このインバータケースは必ずしも必須の構成要素ではない。たとえば、ＩＰＭを直接電動機のハウジングの壁に接触するように配置しても構わない。
【００８２】さらに、上述の実施の形態１から３においては、第１および第２スイッチング回路をそれぞれが駆動する電動機の壁面側に配置した場合を例示して説明を行なったが、特にこれに限定されるものではない。たとえば、第１電動機を駆動する第１スイッチング回路を第２電動機側に配置しても構わない。
【００８３】このように、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００８４】
【発明の効果】本発明に従えば、同軸上に配置された２つの電動機の間にこれら電動機を駆動するスイッチング回路を配置した場合にも、冷却面積を広く確保することが可能になるため、冷却性能に優れた冷却系を有する小型の車輌用駆動装置およびこの車輌用駆動装置に用いられる電力変換ユニットを提供することが可能になる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【住所又は居所】愛知県豊田市トヨタ町１番地
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| 【出願日】 |
平成１４年５月１７日（２００２．５．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４７４６
【弁理士】
【氏名又は名称】深見 久郎 （外５名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−３３９１０２（Ｐ２００３−３３９１０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１１月２８日（２００３．１１．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１４３４２２（Ｐ２００２−１４３４２２） |
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