(57)【要約】【課題】電動機とインバータを発熱量に応じて適切に冷却する。【解決手段】駆動装置は、電動機１とインバータ３とを一体化され、電動機を収容する駆動装置ケース２と、インバータと一体化されたヒートシンク５が対向する部分に、冷却空間Ｒ１，Ｒ２が設けられている。冷却空間は、分離壁６によりヒートシンク側に面するインバータ側冷却空間Ｒ１と駆動装置ケース側に面する駆動装置ケース側冷却空間Ｒ２とに分離されて、共通の冷媒の循環路に並列に接続され、入口部分に、冷媒の流入割合を調節する流量比調節手段Ｔ１，Ｔ２が設けられた。これにより、１つの冷媒の循環路への接続で、電動機とインバータを発熱量に応じて適切に冷却することができる。【選択図】        図２
2005020881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と、該電動機の制御のためのインバータとを一体化した駆動装置であって、電動機を収容する駆動装置ケースと、インバータと一体化されたヒートシンクが対向する部分に、冷却空間が設けられた駆動装置において、
前記冷却空間は、分離壁によりヒートシンク側に面するインバータ側冷却空間と駆動装置ケース側に面する駆動装置ケース側冷却空間とに分離されて、共通の冷媒の循環路に並列に接続され、該循環路をインバータ側冷却空間と駆動装置ケース側冷却空間とにつなぐ入口部分に、冷媒の流入割合を調節する流量比調節手段が設けられたことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記流量比調節手段は、流路の断面積を規制するオリフィスである、請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記分離壁は、ヒートシンクと駆動装置ケースとの間に介在させた別部材からなり、流量比調節手段は、ヒートシンクに形成されたオリフィスと、分離壁に形成されたオリフィスからなる、請求項１又は２記載の駆動装置。
【請求項４】
前記インバータ側冷却空間と駆動装置ケース側冷却空間は、ヒートシンクと駆動装置ケースからそれら空間内に延び出す冷却フィンを備える、請求項１、２又は３記載の駆動装置。
【請求項５】
前記分離壁は、少なくとも１層の断熱層を備える、請求項１〜４のいずれか１項記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を駆動機構として用いる駆動装置に関し、特に、電気自動車用駆動装置やハイブリッド駆動装置における冷却技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の駆動機構として、直流バッテリを電源とする電動機は、その回転数や出力トルクを相電流の制御により制御するための制御装置としてインバータやインバータ制御のための電子制御装置（ＥＣＵ）を必要とする。インバータは、電動機に対してパワーケーブルで接続されるものであり、ＥＣＵは、信号ケーブルでインバータに接続されるものであるため、電動機とは分離させて適宜の位置に配設可能であるが、車載上の便宜性から、電動機と一体化させる配置が採られる場合がある。
【０００３】
ところで、現状の技術では、インバータやＥＣＵの耐熱温度は電動機の耐熱温度に対して低い。そこで、上記のようにインバータやＥＣＵを電動機と一体化させる場合、それらを熱的に保護すべく、電動機からインバータやＥＣＵへの直接的な熱伝達を遮断する何らかの手段が必要である。また、インバータやＥＣＵは、自身の搭載素子による発熱で温度上昇するため、耐熱温度以下に保つための冷却を必要とする。
【０００４】
こうした事情から、従来、電動機のハウジングの外周に冷却流体を流す螺旋通路を形成し、この通路の開放面側を覆うようにハウジングに外装したサドル形のジャケットの上部にコントロールハウジングを取付けた構成のものが提案されている（特許文献１参照）。この技術では、ジャケットを挟んで電動機のハウジング外周側に囲われる冷却空間とコントロールハウジングに面する側の冷却空間を分離した空間とし、冷却流体をジャケットの外側の冷却空間を通してから電動機のハウジング外周側に囲われる冷却空間に流すことで、コントロールハウジングと電動機を冷却している。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５５８５６８１号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術の構成では、ジャケットの外側の冷却空間と電動機のハウジング外周側に囲われる冷却空間が流路上で直列に配置された関係になる。この配置では、発熱部に対して上流と下流の関係が生じ、下流側の発熱部に当たる電動機は上流側の発熱部に当たるコントロールハウジングとの熱交換で暖められた冷却流体で冷却されることになるため、安定した冷却性能が得られない。
【０００７】
また、いずれか一方の熱負荷の大きい方の冷却空間において必要とされる流量を冷却系全体の流量とする設定が必要となるため、他方の熱負荷がそれに対して小さい場合、過冷却となる。したがって、こうした冷却方法は、効果的な冷却法とはいえない。
【０００８】
本発明は、こうした従来技術を踏まえて案出されたものであり、電動機にインバータを一体化させた駆動装置において、電動機とインバータをそれらの発熱量に応じて適切に冷却することを主たる目的とする。次に、本発明は、発熱量に応じた冷却能力の調節を簡単な構成で可能とすることを更なる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、電動機と、該電動機の制御のためのインバータとを一体化した駆動装置であって、電動機を収容する駆動装置ケースと、インバータと一体化されたヒートシンクが対向する部分に、冷却空間が設けられた駆動装置において、前記冷却空間は、分離壁によりヒートシンク側に面するインバータ側冷却空間と駆動装置ケース側に面する駆動装置ケース側冷却空間とに分離されて、共通の冷媒の循環路に並列に接続され、該循環路をインバータ側冷却空間と駆動装置ケース側冷却空間とにつなぐ入口部分に、冷媒の流入割合を調節する流量比調節手段が設けられたことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成において、流量比調節手段は、流路の断面積を規制するオリフィスとするのが有効である。この場合、前記分離壁は、ヒートシンクと駆動装置ケースとの間に介在させた別部材からなり、流量比調節手段は、ヒートシンクに形成されたオリフィスと、分離壁に形成されたオリフィスからなる構成とすることができる。更に、前記インバータ側冷却空間と駆動装置ケース側冷却空間は、ヒートシンクと駆動装置ケースからそれら空間内に延び出す冷却フィンを備えるのが有効である。また、前記分離壁は、少なくとも１層の断熱層を備えるのが有効である。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
前記請求項１に記載の構成では、単一の冷媒循環路で、インバータ側冷却空間と駆動装置ケース側冷却空間に対して、それぞれの冷却負荷すなわち耐熱温度や熱容量に応じた冷媒流量を供給することができる。したがって、これら冷却空間を冷媒循環路に対して直列に接続し、一定流量の冷媒で冷却する構成に比べて、両冷却空間に共に低温の冷媒を冷却負荷に応じた冷媒流量で供給可能となり、これにより電動機とインバータとを一体化した駆動装置におけるそれらの冷却をより適切に行うことができる。
【００１２】
次に、請求項２に記載の構成では、流量比調節手段を流路断面積を規制するだけの極めて単純な構成で実現することができる。
【００１３】
また、請求項３に記載の構成では、駆動装置ケース側冷却空間へのオリフィスを分離壁に形成するので、駆動装置ケースにオリフィスを形成する必要がなくなり、駆動装置ケースの加工が単純化される。また、電動機やインバータの仕様変更にもオリフィス径の変更で容易に対応できる。
【００１４】
また、請求項４に記載の構成では、インバータ側冷却空間と駆動装置ケース側冷却空間において空間を流れる冷媒との広い伝熱面積が確保されるため、インバータと電動機双方を一層有効に冷却することができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の構成では、インバータ側冷却空間と駆動装置ケース側冷却空間が分離壁を挟んで断熱状態で対峙することになり、インバータと電動機の耐熱温度の違いに合わせた両空間の温度勾配を確実に保つ効率のよい冷却が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿い、本発明の実施形態を説明する。まず図１は、本発明を適用した第１実施形態の駆動装置の冷却系を模式化して概念的に示す。この冷却系が適用される駆動装置は、図示を省略する電動機と、該電動機の制御のためのインバータ３とを一体化した駆動装置とされている。そして、電動機を収容する駆動装置ケース２と、インバータ３と一体化されたヒートシンク５が対向する部分に、冷却空間が設けられている。本明細書でいうインバータとは、バッテリ電源の直流をスイッチング作用で交流（電動機が３相交流電動機の場合は３相交流）に変換するスイッチングトランジスタや付随の回路素子と、それらを配した回路基板からなるパワーモジュールを意味する。この形態における駆動装置は、電気自動車又はハイブリッド車用の駆動装置を構成するもので、駆動装置ケース２は、図示しない電動機としてのモータ又はジェネレータ若しくはそれら両方と、ディファレンシャル装置、カウンタギヤ機構等の付属機構を収容している。
【００１７】
前記冷却空間を通して単一の冷媒としての冷却水を循環させる冷媒循環路は、圧送源としてのウォーターポンプ４１と、熱交換器としてのラジエータ４２と、それらをつなぐ流路４３，４４，４５とから構成されている。なお、ウォーターポンプ４１の駆動モータ等の付属設備については、図示を省略されている。冷媒循環路の起点としてのウォーターポンプ４１の吐出側流路４３は、ヒートシンク５の入口側のポート５１に接続され、ヒートシンク５の出口側のポート５２は、戻り流路４４を経てラジエータ４２の入口４２１側に接続され、ラジエータ４２の出口４２２側がウォーターポンプ４１の吸込側流路４５に接続されている。したがって、この冷媒循環路において、冷媒としての冷却水は、ウォーターポンプ４１から送り出された後、冷却空間を流れる際にインバータ３を構成するモジュールからの熱と駆動装置ケース２の熱を吸収して加熱され、戻り流路４４を経由でラジエータ４２に送り込まれて空気への放熱により冷却され、ウォーターポンプ４１に戻されて一巡のサイクルを終わる循環を繰り返すことになる。なお、この冷媒循環路は、途中、例えば戻り流路４４の部分で、更なる冷却のために駆動装置ケース２内を通る流路とすることもできる。
【００１８】
次に示す図２は、インバータが一体化された駆動装置の軸方向縦断面を簡略化して示すもので、インバータ３は、その基板自体又は別部材を基板に取付けることで基板と一体化されたヒートシンク５が駆動装置ケース２と対向する部分に冷却空間Ｒ１，Ｒ２を画成して駆動装置ケース２に取付けられ、冷却空間Ｒ１，Ｒ２は、ポート５１，５２で冷媒の循環路４（図１参照）に連通されている。この形態における、冷媒の循環路４は、前記のように、冷却空間Ｒ１，Ｒ２を通して単一の冷媒を循環させる冷媒循環路とされている。
【００１９】
駆動装置ケース２には、電動機１がそのロータコア１２のロータ軸１１を駆動装置ケース２に回転自在に支持し、ステータコア１３を駆動装置ケース２に嵌め合わせ固定して配置されている。なお、この形態では、図面には現れないが、もう１つの電動機が、図２の紙面奥方向に並列に配置されている。駆動装置ケース２の上部には、前記もう１つの電動機の上部まで及ぶヒートシンク５の取付部２０が一体形成されている。ヒートシンク５の取付部２０は、２つの電動機収容部の外周に接するようにケース上部に突出する形態で設けられ、ヒートシンク５の平面外形と実質上符合する平面外形の台状とされている。
【００２０】
ヒートシンク５は、本形態ではインバータ３の基板とは別部材で、インバータのハウジングを兼ねるものとされ、その底壁５３から外形を枠状に囲うように上方に延びる平面視で矩形の周壁５４を備えるケース状とされ、その内部がインバータ３の収容空間とされている。そして、インバータ３を構成する単一又は複数のモジュールは、それを伝熱抵抗を生じさせないように密接取付けすべく平坦に仕上げ加工されたヒートシンク５の底壁５３に適宜の手段で緊密に固定されている。そして、ヒートシンク５の上側開放部は、内部のインバータ３を雨水や埃から保護すべくカバー７で蓋されている。ヒートシンク５の底壁５３には、その外形を枠状に囲うように下方に延びる平面視で矩形の周壁５５が設けられ、それにより囲われて冷却空間Ｒ１が画成されている。
【００２１】
このように構成されたヒートシンク５は、本形態において別部材からなる分離壁６を間に挟み込んで、駆動装置ケース２の取付け面に周壁５５の端面を合わせて固定されている。この場合の分離壁６は、それ自体が断熱材で構成されてもよいし、適宜の強度保持部材に断熱材を添設したもの又は積層したもの、若しくは強度保持部材の間に断熱材を挟み込んだものでもよい。また、分離壁６と駆動装置ケース２及びヒートシンク５との間の漏れ止めは、接合部への液体シールの塗布又は図示しないＯリング等のシール材によりなされる。
【００２２】
本発明の特徴に従い、冷却空間は、分離壁６によりヒートシンク５側に面するインバータ側冷却空間Ｒ１と駆動装置ケース２側に面する駆動装置ケース側冷却空間Ｒ２とに分離されて、共通の冷媒の循環路に並列に接続されている。そして、冷媒の循環路をインバータ側冷却空間Ｒ１と駆動装置ケース側冷却空間Ｒ２とにつなぐ入口部分に、冷媒の流入割合を調節する流量比調節手段Ｔ１，Ｔ２が設けられている。流量比調節手段Ｔ１，Ｔ２は、流路の断面積を規制するオリフィスとされている。この形態では、流量比調節手段は、ヒートシンク５に形成されたオリフィスＴ１と、分離壁６に形成されたオリフィスＴ２からなる。
【００２３】
ヒートシンク５は、熱交換面積確保のために底壁５３から駆動装置ケース２に向けて空間Ｒ１内に延び出し、空間Ｒ１をその厚さ方向に実質上横断する多数のヒートシンク側フィン５６を有し、ヒートシンク側フィン５６の先端は、分離壁６に当接している。同様に、駆動装置ケース２側にもヒートシンク５に向けて空間Ｒ２内に延び出し空間Ｒ２をその厚さ方向に実質上横断する多数の駆動装置ケース側フィン２２が設けられ、同様に分離壁６に当接している。なお、後に説明する実施形態を示す図面を含む全ての図において、各フィンは、冷却空間Ｒ１，  Ｒ２に対する大きさを拡大誇張し、且つ実際の形状に対して概念化して示されており、それらの数も、図面の錯綜を避ける意味で、実際の配置個数より減じて示されている。
【００２４】
次に示す図３は、ヒートシンク側フィン５６と駆動装置ケース側フィン２２の配列パターンを、実際には向い合う関係にあるヒートシンク５の底面と駆動装置ケース２側の取付面を同一平面に並べて表記し、この形態に採用可能なフィン配列パターンを模式平面で示す。この例におけるヒートシンク側フィン５６は、一定ピッチで縦横に配置された多数のピン状フィンとされている。こうしたフィン５６配列により、空間Ｒ１には、入口側がヒートシンク５のオリフィスＴ１を経てポート５１に通じ、出口側がポート５２に通じ、途中に多数のピン状フィン５６が林立する自由な流れの流路が隔成されている。こうしたピン状フィンの採用による利点は、空間Ｒ１内での冷媒流れの圧損を極めて小さくすることができる点にある。駆動装置ケース側フィン２２は、入口部と出口部との間で並行に延び、互いに等間隔で配置されたリブ状フィンとされており、それらの長手方向両端は、各フィン５６間の冷却空間を入口部と出口部に通じさせるべく、取付部２０の周壁との間に所定の間隙を保って終端している。こうしたフィン２２配列により、空間Ｒ２には、入口側が分離壁のオリフィスＴ２を経てポート５１に通じ、出口側がポート５２に通じ、途中がリブ状フィン５６により隔てられた並行流路が隔成されている。
【００２５】
こうしたフィン配列パターンと流路への接続構成を採った場合、冷却空間Ｒ２側より冷却空間Ｒ１側の流動抵抗が少なくなるため、相対的に冷却空間Ｒ１側の流量が多くなり、ヒートシンク５側の冷却能力を上げて、インバータ３の耐熱温度が低いのに合せて両室間に温度勾配を持たせ、より少ない流量でインバータ３と駆動装置ケース２の冷却を能率よく行なうことができる。
【００２６】
流量比調節手段を構成するオリフィスＴ１，Ｔ２の配置位置については、他の形態を採ることもできる。次に示す図４は、両オリフィスＴ１，Ｔ２の配置位置が制約されないことを示すべく、それらの位置を一般化し、併せてフィン５６，  ２２の形状と配列も変更した第２実施形態を示す。この形態では、冷媒の循環路の吐出側流路４３につながる冷却空間Ｒ１，Ｒ２の入口部の適宜の位置にオリフィスＴ１，Ｔ２が配置されている。冷却空間Ｒ１，Ｒ２の出口部は合流させて冷媒の循環路の戻り流路４４につながる構成とされている。
【００２７】
この形態におけるフィン５６，２２は、ともにリブ状フィンとされているが、冷却空間Ｒ１側のリブ状フィンについては配列間隔を冷却空間Ｒ２側のリブ状フィンより密にし、熱交換面積の増大を図っている。
【００２８】
このフィン５６の配列パターンは、更に他の形態を採ることもできる。次に示す図５は、ヒートシンク側フィン５６の配列パターンの変形例を図４と同様の平面視で示す。この場合、ヒートシンク側フィン５６は、入口部と出口部との間の冷却空間Ｒ１内に蛇行した１条の流路を隔成する壁を構成している。こうしたフィン配列は、先の並行流路を構成するリブ状フィン配列に対して圧損は大きくなるが、ヒートシンク上に耐熱温度が異なる複数のモジュールを並べて配置する場合に、モジュールの配設位置に応じてヒートシンク底壁５３各部の温度を流れパターンの選択により微細に調節可能である点で有効である。
【００２９】
こうしたフィン配列パターンと流路への接続構成を採った場合、冷却空間Ｒ１，Ｒ２の厚さを同じとしても、冷却空間Ｒ２側より冷却空間Ｒ１側の冷却面積が大きくなるため、相対的に冷却空間Ｒ１側の冷却効果が大きくなる。したがって、これを利用して、ヒートシンク５側の冷却能力を上げ、インバータ３の耐熱温度が低いのに合せて両室間に温度勾配を持たせ、先の場合と同様に少ない流量でインバータ３と駆動装置ケース２の冷却を能率よく行なうことができる。
【００３０】
また、このように一方の冷却空間の圧損が大きく設定される場合、圧損が大きい側の入口部へのオリフィスの配置を省略して、圧損が小さい側の冷却空間の入口部だけにオリフィスを配置する構成によっても、両冷却空間への冷媒の流入割合を調節することができる。特にこの例のように、冷却空間Ｒ１側の圧損が大きい場合、分離壁６にのみオリフィスＴ２を設ければよいことになるので、精密なオリフィス径の設定を容易に行うことができる利点が得られる。
【００３１】
最後の図６は、本発明の第３実施形態を図２と同様の簡略化して軸方向縦断面を示す。この形態は、先の第１実施形態に対して冷却空間Ｒ１，Ｒ２を冷媒の循環路４（図１参照）につなぐポートを駆動装置ケース２側に設けたものである。その余の構成については、実質上図２に示す第１実施形態と同様であるので、相当する構成要素に同様の参照符号を付して説明に代え、以下ポート変更に伴う相違点のみ説明する。
【００３２】
この形態における駆動装置ケース２は、入口ポート及び出口ポートより上部にヒートシンク５の取付部２０が一体形成されている。ヒートシンク５は、別部材からなる分離壁６を間に挟み込んで、駆動装置ケース２の取付け面に周壁５５の端面を合わせて固定されている。この形態では、流量比調節手段は、ヒートシンク側冷却空間Ｒ１への流入を規制するオリフィスＴ１が分離壁６に形成され、駆動装置側冷却空間Ｒ２への冷媒の流入を規制するオリフィスＴ２が駆動装置ケース２側に形成されている。
【００３３】
このように駆動装置ケース２側に入口ポート及び出口ポートを設ける構成は、先述のように冷却空間流動後の冷媒を更に駆動装置ケース２の冷却に充てる構成を採る場合に、配管の引き回しが単純化される点で有利である。
【００３４】
以上詳述した各実施形態によれば、単一の冷媒循環路４で、インバータ側冷却空間Ｒ１と駆動装置ケース側冷却空間Ｒ２に対して、それぞれの冷却負荷すなわち耐熱温度や熱容量に応じた冷媒流量を供給することができる。したがって、これら冷却空間を冷媒循環路に対して直列に接続し、一定流量の冷媒で冷却する構成に比べて、両冷却空間Ｒ１，Ｒ２に共に低温の冷媒を冷却負荷に応じた冷媒流量で供給可能となり、これにより電動機１とインバータ３とを一体化した駆動装置におけるそれらの冷却をより適切に行うことができる。
【００３５】
また、流量比調節手段をオリフィスＴ１，Ｔ２として流路断面積を規制するだけの極めて単純な構成を実現することができる。更に、駆動装置ケース側冷却空間Ｒ１又はインバータ側冷却空間Ｒ２へのオリフィスＴ１，Ｔ２のいずれか一方を分離壁６に形成しているので、駆動装置ケース又はヒートシンクの加工が単純化される。また、電動機やインバータの仕様変更にもオリフィス径の変更で容易に対応できる。
【００３６】
また、両冷却空間Ｒ１，Ｒ２にフィンを設けることで、インバータ側冷却空間Ｒ１と駆動装置ケース側冷却空間Ｒ２において空間を流れる冷媒との広い伝熱面積が確保されるため、インバータと電動機双方を一層有効に冷却することができる。
【００３７】
また、分離壁６が断熱層を備えることで、インバータ側冷却空間Ｒ１と駆動装置ケース側冷却空間Ｒ２が分離壁６を挟んで断熱状態で対峙することになり、インバータ３と電動機１の耐熱温度の違いに合わせた両冷却空間Ｒ１，Ｒ２の温度勾配を確実に保つ効率のよい冷却が可能となる。
【００３８】
以上、本発明を実施形態に基づき詳説したが、本発明はこれらの実施形態に限るものではなく、特許請求の範囲に記載の事項の範囲内で種々に具体的構成を変更して実施することができる。例えば、前記各形態では、インバータを構成するモジュール基板とヒートシンクを別部材で構成する形態を例示したが、ヒートシンクは、本説明の冒頭で略説したように、モジュール基板自体で構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用に係る第１実施形態の駆動装置の冷却系のシステム構成図である。
【図２】第１実施形態の駆動装置の軸方向概略縦断面である。
【図３】第１実施形態の流量比調節手段の配置と冷却空間の関係をヒートシンクと駆動装置ケースとの対向面を同一平面上に並べて示す模式平面図である。
【図４】第２実施形態の流量比調節手段の配置と冷却空間の関係を図３と同様の手法で示す模式平面図である。
【図５】冷却空間の構造の変更例を示す模式平面図である。
【図６】第３実施形態の駆動装置の軸方向概略縦断面である。
【符号の説明】
１  電動機
２  駆動装置ケース
３  インバータ
４  冷媒循環路
５  ヒートシンク
６  分離壁
Ｒ１  ヒートシンク側冷却空間
Ｒ２  駆動装置ケース側冷却空間
Ｔ１，Ｔ２  オリフィス（流量比調節手段）
【図１】
2005020881.tif 000003
【図２】
2005020881.tif 000004
【図３】
2005020881.tif 000005
【図４】
2005020881.tif 000006
【図５】
2005020881.tif 000007
【図６】
2005020881.tif 000008