(57)【要約】【課題】電子部品の小型化かつ薄型化を図ると共に、冷却性能を格段と向上し信頼性を確保し得るモータ駆動装置を提供すること。【解決手段】エンジンのシリンダヘッド２上に配設され、モータ２１と、モータ２１の駆動を制御する制御装置２３とが積層されてなる円筒形のモータ駆動装置２０であって、モータ２１が駆動軸２１ａをエンジンのカムシャフト４と直交するように配置され、当該円筒形のモータ駆動装置２０の側部２０ａ、２０ｃ内と、当該円筒形のモータ駆動装置２０の天板２０ｂ内とに配設されるモータ冷却流路１１ａ、１１ｂを備えるようにした。【選択図】図２
2009250106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダヘッド上に配設され、モータと、前記モータの駆動を制御する制御装置とが積層されてなる円筒形のモータ駆動装置であって、
前記モータが駆動軸を前記エンジンのカムシャフトと直交するように配置され、
当該円筒形のモータ駆動装置側部内と、当該円筒形のモータ駆動装置天板内とに配設されるモータ冷却流路を備える
ことを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記エンジンは、前記カムシャフトを覆うカムキャリア内と、前記シリンダヘッド内と、前記シリンダヘッドのヘッドカバー内とに配設される冷却流路を備え、
前記モータ冷却流路は、
一端側が前記シリンダヘッド内の冷却流路と連通し、前記モータ駆動装置の第１の側部内と、前記モータ駆動装置天板内とを順に経由し、他端側を前記ヘッドカバー内の冷却流路と連通する第１の冷却流路と、
一端側が前記カムキャリア内の冷却流路と連通し、前記モータ駆動装置の第２の側部内と、前記モータ駆動装置天板内とを順に経由し、他端側を前記ヘッドカバー内の冷却流路と連通する第２の冷却流路とを有し、
前記第１及び第２の冷却流路は、前記天板内において前記積層の方向に重ねて配設される
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記エンジンは、前記カムシャフトを覆うカムキャリア内と、前記シリンダヘッド内とに配設される冷却流路を備え、
前記モータ冷却流路は、
一端側が前記カムキャリア内の冷却流路と連通し、前記モータ駆動装置の第２の側部内と、前記モータ駆動装置天板内と、前記モータ駆動装置の第１の側部内とを順に経由し、他端側を前記シリンダヘッド内の冷却流路と連通する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記制御装置は、
インバータと、前記インバータを制御するインバータ制御部とを有し、
前記インバータは、耐熱性に優れたシリコンカーバイトを用いて形成され、前記モータより下方の前記カムシャフト側に配設される
ことを特徴とする請求項１または３に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置に関し、特に、エンジンに搭載され、カムシャフトの位相を変動させるためのモータ駆動装置に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンルーム内の省スペース化を図るために様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、省スペース化と部品点数の削減を図った車両用エンジンの吸気系構造が記載されている。具体的には、かかる特許文献１では、エンジンのヘッドカバーの外部に電子回路を搭載する構成を採用している。
【特許文献１】特開２００４−１５６５２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、車両においては、とりわけ、電子部品の小型化かつ薄型化が要求されており、このような要求を満たすと共に、上記電子部品の動作の安定をも保つため、発生する大きな熱量を速やかに冷却する技術に期待が高まってきている。
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された技術では、電子回路の搭載位置がヘッドカバー外部であるため、エンジンの高さが高くなり、ボンネットとエンジンとの間の隙間が狭くなると共に、上記電子回路がヘッドカバーからはみ出した搭載位置であることから、排気系等の輻射熱を受けるおそれがある未だ不十分な問題があった。
【０００５】
また、このように、電子回路をエンジンに直接搭載する場合、電子回路が必然的に燃焼室に近くなるため、動作環境の温度上昇を抑制しなければならない課題がある。この場合、上記温度上昇を抑制するための冷却構造が必要になると考えられるが、当然、該冷却構造のコンパクト化、省スペース化を向上させることが望まれる。
【０００６】
そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、電子部品の小型化かつ薄型化を図ると共に、冷却性能を格段と向上し信頼性を確保し得るモータ駆動装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、エンジンのシリンダヘッド上に配設され、モータと、モータの駆動を制御する制御装置とが積層されてなる円筒形のモータ駆動装置であって、モータが駆動軸をエンジンのカムシャフトと直交するように配置され、当該円筒形のモータ駆動装置側部内と、当該円筒形のモータ駆動装置天板内とに配設されるモータ冷却流路を備えるようにした。
【０００８】
従って、本発明の一態様によれば、カムシャフトを駆動するモータ駆動装置を、モータと、制御装置とを積層して形成することにより、コンパクト化および薄肉化させることができる。すなわち、エンジンに搭載するモータ駆動装置のスペースを低減することができるため、このようなコンパクトなモータ駆動装置をヘッドカバー内におけるカムキャリア上に配設することにより、エンジンからモータ駆動装置がはみ出すことを防止することができる。
【０００９】
しかも、モータ冷却流路を円筒形のモータ駆動装置の側部および天板の内部に沿って周囲を取り囲むように配設するため、冷却流路として略直線状態の部位を多く設けたストレート構造とし、冷却媒体の流量を増やすと共に圧力損失を低減させることができる。加えて、モータ駆動装置の側部を有効活用することができるため、冷却効率を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の一態様において、エンジンは、カムシャフトを覆うカムキャリア内と、シリンダヘッド内と、シリンダヘッドのヘッドカバー内とに配設される冷却流路を備え、モータ冷却流路は、一端側がシリンダヘッド内の冷却流路と連通し、モータ駆動装置の第１の側部内と、モータ駆動装置天板内とを順に経由し、他端側をヘッドカバー内の冷却流路と連通する第１の冷却流路と、一端側がカムキャリア内の冷却流路と連通し、モータ駆動装置の第２の側部内と、モータ駆動装置天板内とを順に経由し、他端側をヘッドカバー内の冷却流路と連通する第２の冷却流路とを有し、第１及び第２の冷却流路は、天板内において積層の方向に重ねて配設されることが好ましい。これにより、とりわけ発熱量が多く円筒形の天板側に配置される制御装置を集中して積極的に冷却することができる。
【００１１】
しかも、モータ冷却流路は、エンジンの冷却水を流通するウォータジャケットと呼ばれる冷却流路と連通されるため、エンジンの冷却水を共用することができる。これにより、モータ駆動装置を備えるエンジン全体として、冷却流路の部品点数を低減して更なるコンパクト化を図ることができる。
【００１２】
さらに、本発明の一態様において、エンジンは、カムシャフトを覆うカムキャリア内と、シリンダヘッド内とに配設される冷却流路を備え、モータ冷却流路は、一端側がカムキャリア内の冷却流路と連通し、モータ駆動装置の第２の側部内と、モータ駆動装置天板内と、モータ駆動装置の第１の側部内とを順に経由し、他端側をシリンダヘッド内の冷却流路と連通することが好ましい。これにより、例えば、モータ駆動装置におけるエンジンとの取り付け部側に耐熱性部材を配設する場合などに、該耐熱性部材によってシリンダヘッド側から伝達される熱を抑制することができる分、円筒形の天板側におけるモータ冷却流路を小型化・薄肉化することができ、モータ駆動装置全体として、より一層コンパクト化することが可能となる利点がある。
【００１３】
しかも、モータ冷却流路は、エンジンの冷却水を流通するウォータジャケットと呼ばれる冷却流路と連通されるため、エンジンの冷却水を共用することができる。これにより、モータ駆動装置を備えるエンジン全体として、冷却流路の部品点数を低減して更なるコンパクト化を図ることができる。
【００１４】
さらに、本発明の一態様において、インバータと、インバータを制御するインバータ制御部とを有し、インバータは、耐熱性に優れたシリコンカーバイトを用いて形成され、モータより下方のカムシャフト側に配設されることが好ましい。これにより、高熱となる環境においても使用可能となるシリコンカーバイトを用いて形成されるインバータによって、シリンダヘッド側からモータ駆動装置へと伝達される熱を抑止し、特に、モータの軸受け部分の熱に対する耐久性を向上させることができるため、モータ駆動装置の信頼性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、カムシャフトを駆動するモータ駆動装置を、モータと、電子部品を搭載する制御装置とを積層して形成することにより、コンパクト化および薄肉化させることができ、すなわち、エンジンに搭載するモータ駆動装置のスペースを低減することができる。このため、このようなコンパクトなモータ駆動装置をヘッドカバー内におけるカムキャリア上に配設することができ、エンジンからモータ駆動装置がはみ出すことを防止することができる。しかも、冷却流路を円筒形のモータ駆動装置の側面および天板に沿って周囲を取り囲むように配設するため、冷却流路における略直線状態の部位を多く設け、冷却媒体の流量を増やすと共に圧力損失を低減させることができる。加えて、モータ駆動装置の側面を有効活用することができるため、冷却効率を高めることができ、モータ駆動装置の信頼性を確保することができる。かくして、電子部品の小型化かつ薄型化を図ると共に、冷却性能を格段と向上し信頼性を確保し得るモータ駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。
【実施例】
【００１７】
〔第１の実施例〕
図１は、本発明によるモータ駆動装置を搭載したエンジンの一実施例における概略構成を示す斜視図である。図１は、全体として本実施例のエンジン１を示し、シリンダヘッド２と、ヘッドカバー３と、カム４１を有するカムシャフト４と、シリンダブロック５と、シリンダ６と、バルブ７と、ピストン８と、コンロッド９と、クランクシャフト１０とを有している。そして、かかるエンジン１は、後述するモータ駆動装置２０が搭載されている点を除いて、一般的なエンジンとほぼ同じ構造であるので、ここでは便宜上、説明を省略する。
【００１８】
具体的にかかるエンジン１は、図２に示すように、円筒形で形成されるモータ駆動装置２０をシリンダヘッド２上に直接搭載しており、モータ２１と、角度検出器であるレゾルバ２２と、上記モータ２１を駆動制御する制御装置としての電子部品を有するインバータ２３とが順次積層されて構成されている。モータ２１は、薄型で、回転数−トルク特性が低速型のものが好ましく、後述する傘歯車による減速器（ギア）において増速するようになっている。インバータ２３は、該インバータ２３を構成するパワーデバイスと、インバータ２３を駆動制御（この場合、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation：パルス幅変調）制御）する制御回路部とを有している。
【００１９】
また、モータ駆動装置２０は、モータ２１の駆動軸２１ａがカムシャフト４に対して直交するように、駆動軸２１ａを下方（シリンダヘッド２側）に向けて配設されている。また、これら駆動軸２１ａとカムシャフト４は、それぞれ歯車（この場合、傘歯車１２、１３）を介して歯合されている。そして、モータ２１が駆動することによって駆動軸２１ａが回転すると、傘歯車１２、１３を介してカムシャフト４を回動させ、モータ２１の駆動力をカムシャフト４へ伝達できるようになっている。
【００２０】
すなわち、モータ駆動装置２０は、運転の状況に応じてモータ２１の駆動を制御することにより、カムシャフト４を回動させ、エンジン燃焼室の吸気、排気バルブの開閉タイミングを制御する電動可変バルブタイミングシステムとして機能し得るようになっている。
【００２１】
従って、エンジン１のＥＣＵ（Electronic  Control  Unit；電子制御装置）から入力される信号に基づき、インバータ２３がモータ２１の駆動を制御し、レゾルバ２２によって角度検出してカムシャフト４を回動させることにより、吸気バルブの開閉タイミングを直接制御し得るようになっている。
【００２２】
このように、このモータ駆動装置２０では、これまで油圧等を介して制御していた吸気バルブの開閉タイミングを、モータによって直接制御することができるため、従来に比べ、格段と広範囲できめ細かな吸気バルブの開閉制御を行うことができ、これにより、エンジン１の高出力化と低燃費化を実現することができるようになっている。また、これまで制御が難しかったエンジン１が低温や低回転の場合における、バルブタイミングの最適制御を可能にすることができ、排出ガス中の炭化水素を低減すると共に、運転性を向上させることも可能となる。
【００２３】
ここで、このようなモータ駆動装置２０をエンジン１に直接搭載する場合、インバータ２３などの電子回路が必然的に燃焼室に近くなるため、動作環境の温度上昇を抑制しなければならない課題がある。そして、上記温度上昇を抑制するための冷却構造としては、当然、コンパクト化、省スペース化が望まれる。
【００２４】
そこで、本実施例においては、モータ駆動装置２０はシリンダヘッド２内に設けられた冷却流路としてのウォータジャケット２ａおよびヘッドカバー３内に設けられたウォータジャケット３ａと連通するモータ冷却流路である冷却流路１１ａと、カムキャリア４２内に設けられたウォータジャケット４２ａおよびヘッドカバー３内に設けられたウォータジャケット３ａと連通する冷却流路１１ｂとが設けられている。
【００２５】
冷却流路１１ａは、ウォータジャケット２ａ内を流通する、つまりウォータジャケット２ａから供給されるエンジン冷却用の冷却媒体である冷却水をウォータジャケット４２ａへと流通させる以下の経路からなる。
【００２６】
すなわち、第１の冷却流路である冷却流路１１ａは、モータ駆動装置２０内に設けられ、一端側をシリンダヘッド２のウォータジャケット２ａと連通し、他端へ向かって円筒形のモータ駆動装置２０における第１の側部２０ｃ（図の紙面における向かって左側面）と、ヘッドカバー３側の上部に位置する天板２０ｂとを経て、他端側をヘッドカバー３内のウォータジャケット３ａと連通する経路を有する。
【００２７】
一方、第２の冷却流路１１ｂは、一端側をカムキャリア４２のウォータジャケット４２ａと連通し、他端へ向かって円筒形のモータ駆動装置２０における第２の側部２０ａ（図の紙面における向かって右側面）と、天板２０ｂとを経て、他端側をヘッドカバー３内のウォータジャケット３ａと連通する経路を有する。
【００２８】
このとき、冷却流路１１ａ、１１ｂは、それぞれモータ駆動装置２０の円筒形における側部２０ａ、２０ｃ（この場合、説明の便宜上、図示するように、上記円筒形における駆動軸２１ａを中心に紙面に向かって右側半分が第２の側部２０ａとし、左側半分が第１の側部２０ｃとする）において、周囲を取り囲むように複数に配設されるように分岐された後、側部２０ａ側の半円分の冷却流路１１ｂは、天板２０ｂ側で合流した後、ウォータジャケット３ａへと流れるようになっている。また、側部２０ｃ側の半円分の冷却流路１１ａは、天板２０ｂ側で合流した後、ウォータジャケット３ａへと流れるようになっている。そして、天板２０ｂにおいては、第１および第２の冷却流路１１ａ、１１ｂが上記積層方向に重ねて形成されている。
【００２９】
従って、電子部品であるインバータ２３で最も発熱量の多いパワーデバイスは、モータ駆動装置２０における天板２０ｂ側に配置されると共に、冷却流路１１ａ、１１ｂの２段構造で冷却され、しかも配置の近い冷却流路１１ａによって積極的に冷却されるため、冷却効率を向上させることができる。
【００３０】
さらに、かかるモータ駆動装置２０における冷却流路１１ａ、１１ｂは、従来の同様な構造の冷却流路に比べて断面積が拡大され、かつ円筒形である形状を有効活用することでストレート構造とし、全体長における距離を最適化（つまり、最短距離で構成）することができるため、圧力損失が小さく、特にモータ駆動装置２０下方のエンジン１からの伝導熱を受けるインバータ２３の冷却効率に優れている。
【００３１】
以上、説明したように、本実施例のモータ駆動装置２０によれば、モータ２１、レゾルバ２２およびインバータ２３を円筒形状に積層して構成することにより、小型化・薄肉化すると共に、上記円筒形状を有効活用した冷却流路１１ａ、１１ｂによって周囲を取り囲むように冷却するようにした。このとき、発熱量の多いインバータ２３（とりわけパワーデバイス）は、天板２０ｂ側に設け、２段構造の冷却流路１１ａ、１１ｂによって積極的に冷却することができるので、冷却効率を格段と向上させることができる。
【００３２】
とりわけ、本実施例では、モータ駆動装置２０を、エンジン１のカムシャフト４を駆動する電動可変バルブタイミングシステムとして、シリンダヘッド２上に直接搭載することにより、エンジン１全体としてコンパクト化および薄肉化させることができる。すなわち、エンジン１に搭載するモータ駆動装置２０のスペースを低減することができるため、このようなコンパクトなモータ駆動装置２０をヘッドカバー３内におけるカムキャリア４２上に配設することにより、エンジン１からモータ駆動装置２０がはみ出すことを防止することができる。
【００３３】
しかも、冷却流路１１ａ、１１ｂを円筒形のモータ駆動装置２０の側部２０ａ、２０ｃおよび天板２０ｂに沿って周囲を取り囲むように配設するため、冷却流路１１ａ、１１ｂにおける略直線状態の部位の多いストレート構造とし、冷却水の流量を増やすと共に圧力損失を低減させることができる。加えて、モータ駆動装置２０の側部２０ａ、２０ｃを有効活用することができるため、冷却効率を高めることができる。
【００３４】
また、本実施例において、冷却流路１１ａは、一端側をシリンダヘッド２内のウォータジャケット２ａと連通し、円筒形の側部２０ｃと、円筒形の天板２０ｂとを順に経由し、他端側をヘッドカバー３内のウォータジャケット３ａと連通する第１の冷却流路と、一端側をカムキャリア４２内のウォータジャケット４２ａと連通し、円筒形の側部２０ａと、円筒形の天板２０ｂとを順に経由し、他端側をヘッドカバー３内のウォータジャケット３ａと連通する第２の冷却流路とを設けるようにした。そして、これら第１および第２の冷却流路１１ａ、１１ｂは、円筒形の天板２０ｂにおいて積層の方向に重ねて配設される（すなわち、２段構造とする）ようにした。これにより、とりわけ発熱量が多く円筒形の天板２０ｂ側に配置されるインバータ２３のパワーデバイスを近くに配置される冷却流路１１ａによって集中して積極的に冷却することができる。
【００３５】
さらに、本実施例において、冷却流路１１ａ、１１ｂは、エンジン１における冷却水を流通するウォータジャケット２ａ、３ａおよび４２ａと連通され、エンジン１の冷却水を共用するようにしたことにより、モータ駆動装置２０を備えるエンジン１全体として、冷却流路の部品点数を低減して更なるコンパクト化を図ることができる。
【００３６】
〔第２の実施例〕
次に、本発明によるモータ駆動装置における第２の実施例について図面を参照しながら説明する。図２との対応部分に同一符号を付した図３は、本発明によるモータ駆動装置の第２実施例を示し、インバータにおけるパワーデバイス３３が耐熱性能に優れたＳｉＣ（シリコンカーバイト）によって成形され、モータ３１の下方のカムシャフト４側に配設されている点と、冷却流路１１ｃが冷却流路１１ａ、１１ｂと異なる点を除いて、ほぼ第１実施例のモータ駆動装置２０と同様に構成されている。従って、ここでは、便宜上、重複する部分についての説明は割愛する。
【００３７】
図３において、モータ駆動装置３０は、モータ３１下方の駆動軸３１ａ側、すなわちカムシャフト４側にＳｉＣからなるインバータのパワーデバイス３３が配設されている。また、モータ３１上にはレゾルバ３２が積層され、レゾルバ３２上には、インバータにおける制御回路３４が積層されている。
【００３８】
このとき、モータ駆動装置３０は、パワーデバイス３３がモータ３１下方に配設されるため、エンジン１のシリンダヘッド２側からモータ駆動装置３０へと伝達される熱を抑止し、特に、モータ３１の軸受け部分の熱に対する耐久性を向上させることができる。これにより、高熱となる環境においても使用可能となるシリコンカーバイトを用いて形成されるインバータによって、モータ駆動装置３０の信頼性を確保することができる。
【００３９】
また、モータ駆動装置３０では、冷却流路１１ｃが、一端側がカムキャリア４２内のウォータジャケット４２ａと連通し、モータ駆動装置３０における円筒形の第２の側部３０ａと、該円筒形の天板３０ｂと、該円筒形の第１の側部３０ｃとを順に経由し、他端側をシリンダヘッド２内のウォータジャケット２ａと連通するように配設されている。
【００４０】
これにより、第１実施例のモータ駆動装置２０に比べて、モータ駆動装置３０の天板３０ｂ側における冷却流路１１ｃを１段で構成することができる分、さらに小型化・薄肉化することができるようになっている。
【００４１】
以上、説明したように、本実施例のモータ駆動装置３０によれば、冷却流路１１ｃは、一端側がカムキャリア４２内のウォータジャケット４２ａと連通し、円筒形の第２の側部２０ａと、天板２０ｂと、第１の側部２０ｃとを順に経由し、他端側をシリンダヘッド２内のウォータジャケット２ａと連通するようにした。これにより、例えば、モータ駆動装置３０におけるエンジン１との取り付け部側に耐熱性部材（本実施例の場合、ＳｉＣからなるインバータのパワーデバイス３３）を配設する場合などに、該耐熱性部材によってシリンダヘッド２側から伝達される熱を抑制することができる分、円筒形の天板３０ｂ側における冷却流路を更に小型化・薄肉化することができ、モータ駆動装置３０全体として、より一層コンパクト化することが可能となる利点がある。
【００４２】
また、本実施例のモータ駆動装置３０では、インバータとして、パワーデバイス３３と、インバータを制御するインバータ制御部としての制御回路３４とを有し、パワーデバイス３３が、耐熱性に優れたＳｉＣ（シリコンカーバイト）を用いて成形され、モータ３１より下方のカムシャフト４側に配設するようにした。これにより、高熱となる環境においても使用可能となるシリコンカーバイトを用いて成形されるインバータのパワーデバイス３３によって、シリンダヘッド２側からモータ駆動装置３０へと伝達される熱を抑止し、特に、モータ３１の軸受け部分の熱に対する耐久性を向上させることができるため、モータ駆動装置３０の信頼性を確保することができる。
【００４３】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
【００４４】
例えば、上述した実施例においては、モータ駆動装置２０の冷却水としてエンジン１の冷却水を共用するようにした場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば別途、モータ駆動装置用の冷却システムを設け、モータ駆動装置専用の冷却水によって冷却するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、自動車製造業や自動車部品製造業等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明のモータ駆動装置を搭載したエンジンの一実施例を部分的に断面で示す概略構成斜視図である。
【図２】本発明によるモータ駆動装置の第１の実施例を示す部分的断面図である。
【図３】本発明によるモータ駆動装置の第２の実施例を示す部分的断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…エンジン
２…シリンダヘッド
３…ヘッドカバー
４…カムシャフト
４１…カム
４２…カムキャリア
２０、３０…モータ駆動装置
２１、３１…モータ
２２、３２…レゾルバ
２３…インバータ
３３…パワーデバイス
３４…制御回路
２ａ、３ａ、４２ａ…ウォータジャケット
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…冷却流路（モータ冷却流路）
２０ａ、２０ｃ、３０ａ、３０ｃ…側部
２０ｂ、３０ｂ…天板
【図２】
2009250106.tif 000003
【図３】
2009250106.tif 000004
【図１】
2009250106.tif 000005