車両用駆動装置
【課題】外部からの衝撃に対してパワー制御ユニットが適切に保護される車両用駆動装置、を提供する。
【解決手段】車両用駆動装置は、駆動力を発生するモータジェネレータと、モータジェネレータと一体に設けられ、モータジェネレータの制御を行なうパワー制御ユニット（ＰＣＵ）２１とを備える。ＰＣＵ２１は、相対的に小さい電圧が印加する低電圧回路部７１と、低電圧回路部７１よりも車両後方に配置され、相対的に大きい電圧が印加する高電圧回路部７５と、車両前後方向において低電圧回路部７１と高電圧回路部７５との間に配置され、高電圧回路部７５を冷却する冷却プレート７２とを含む。
【解決手段】車両用駆動装置は、駆動力を発生するモータジェネレータと、モータジェネレータと一体に設けられ、モータジェネレータの制御を行なうパワー制御ユニット（ＰＣＵ）２１とを備える。ＰＣＵ２１は、相対的に小さい電圧が印加する低電圧回路部７１と、低電圧回路部７１よりも車両後方に配置され、相対的に大きい電圧が印加する高電圧回路部７５と、車両前後方向において低電圧回路部７１と高電圧回路部７５との間に配置され、高電圧回路部７５を冷却する冷却プレート７２とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、車両用駆動装置に関し、より特定的には、回転電機と、回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットとが一体に設けられた車両用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用駆動装置に関して、たとえば、特開２００５−３３３７４７号公報には、冷却水路内におけるエアを容易に除去することを目的としたインバータ一体型回転電機が開示されている（特許文献１）。特許文献１では、回転電機であるモータジェネレータに、パワー制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）が据え付けられ、モータジェネレータおよびパワー制御ユニットが一体的に形成されている。
【０００３】
また、特開２００１−１１９８９８号公報には、インバータケースを駆動装置ケースに対して一体化し、車両への搭載性を向上させることを目的とした駆動装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２では、駆動装置ケースの上方にインバータケースが一体に設けられている。インバータケース内には、ヒートシンク、駆動モータ用／発電機モータ用インバータ、平滑用コンデンサおよび制御基板が収容されている。
【０００４】
また、特開２００４−３４３８４５号公報には、複数の電動機を個別のケース部分に内蔵する駆動装置において、各電動機に対応するインバータの駆動装置への一体化と、インバータの冷却とを両立させることを目的とした電動機内蔵駆動装置が開示されている（特許文献３）。特許文献３では、駆動装置ケースにインバータケースが取り付けられている。また、特開２００７−９９１２１号公報には、インバータを一体化し、小型化することを目的としたハイブリッド車両の駆動装置が開示されている（特許文献４）。特許文献４では、モータジェネレータ、動力分割機構およびパワー制御ユニットが、金属製のケースに収容されて一体化されている。
【０００５】
また、特開２００３−１９９３６３号公報には、優れたコンパクト性、組み立て性、製造性、耐振性を得ることを目的とした電動駆動装置制御ユニットが開示されている（特許文献５）。特許文献５では、制御ユニットが、駆動装置の前方に前傾姿勢で駆動装置ケースに取り付けられている。制御ユニットを構成するパワーモジュールは、ケースの底壁により構成されるヒートシンクに接して配置されている。パワーモジュールの上部には、インバータの平滑回路用のコンデンサが配置され、さらにその上方には制御基板が配置されている。
【０００６】
また、特開２００２−２７４２０１号公報には、発電機の回転軸および電動機の出力軸に直交する方向において、発電機および電動機の配置スペースを可及的に狭めることを目的とした動力伝達装置が開示されている（特許文献６）。特許文献６に開示される動力伝達装置では、第１のモータジェネレータの回転軸と第２のモータジェネレータの回転軸とが、その半径方向にオフセットされている。
【特許文献１】特開２００５−３３３７４７号公報
【特許文献２】特開２００１−１１９８９８号公報
【特許文献３】特開２００４−３４３８４５号公報
【特許文献４】特開２００７−９９１２１号公報
【特許文献５】特開２００３−１９９３６３号公報
【特許文献６】特開２００２−２７４２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の特許文献１では、パワー制御ユニットが一体的に設けられたモータジェネレータが、車両前方のエンジンルームに収容されている。しかしながら、パワー制御ユニットは、バッテリおよびモータジェネレータ間で直流電圧と交流電圧とを相互に変換するインバータや、電圧の昇圧および降圧を行なうコンバータなどの高電圧回路部を含む。このため、車両前方からパワー制御ユニットに加わる衝撃に対して十分に考慮する必要がある。
【０００８】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、外部からの衝撃に対してパワー制御ユニットが適切に保護される車両用駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に従った車両用駆動装置は、駆動力を発生する回転電機と、回転電機と一体に設けられ、回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットとを備える。パワー制御ユニットは、相対的に小さい電圧が印加する低電圧回路部と、低電圧回路部よりも車両後方に配置され、相対的に大きい電圧が印加する高電圧回路部と、車両前後方向において低電圧回路部と高電圧回路部との間に配置され、高電圧回路部を冷却する冷却プレートとを含む。
【００１０】
このように構成された車両用駆動装置によれば、車両前方から車両用駆動装置に衝撃に加わった場合に、その衝撃を低電圧回路部で吸収するとともに、冷却プレートを利用して高電圧回路部の車両前方の強度を向上させることができる。これにより、高電圧が印加する高電圧回路部に到達する衝撃を緩和し、パワー制御ユニットを適切に保護することができる。
【００１１】
また好ましくは、車両用駆動装置は、回転電機を収容するケース体をさらに備える。冷却プレートは、金属から形成され、ケース体に対して固定される。このように構成された車両用駆動装置によれば、ケース体によって強固に支持された冷却プレートを利用して、高電圧回路部の車両前方の強度を向上させることができる。
【００１２】
また好ましくは、車両用駆動装置は、回転電機を収容し、金属から形成されるケース体をさらに備える。ケース体は、車両前後方向に筒状に延在し、その内側にパワー制御ユニットを収容する筒状部を含む。筒状部が車両前方に向けて開口する開口面よりも車両後方側に、冷却プレートおよび高電圧回路部が配置される。このように構成された車両用駆動装置によれば、パワー制御ユニットを収容する筒状部を利用して、高電圧回路部の車両前方の強度を向上させることができる。
【００１３】
また好ましくは、回転電機として、パワー制御ユニットにより互いに異なる制御が行なわれる第１回転電機および第２回転電機が設けられる。第１回転電機および第２回転電機は、第２回転電機の回転軸が第１回転電機の回転軸よりも車両後方側にずれるように配置される。第２回転電機の車両前方側にパワー制御ユニットが配置される。このように構成された車両用駆動装置によれば、第２回転電機の回転軸を第１回転電機の回転軸よりも車両後方側にずらすことにより、第２回転電機の車両前方側に空間を確保することができる。この空間にパワー制御ユニットを配置することによって、車両用駆動装置をコンパクトに構成できる。また、車両前方からの衝撃を吸収する部分を第１回転電機に設けることができる。
【００１４】
また好ましくは、車両用駆動装置は、第１回転電機を収容する第１ケース体と、第２回転電機およびパワー制御ユニットを収容する第２ケース体とをさらに備える。第２ケース体は、第１ケース体と車両幅方向に隣り合って配置され、第１ケース体に連結される。車両前後方向における第１ケース体の前端よりも車両後方側に、冷却プレートおよび高電圧回路部が配置される。このように構成された車両用駆動装置によれば、車両前方からの衝撃を第１ケース体によって吸収することができる。
【００１５】
また好ましくは、高電圧回路部は、回転電機とバッテリとの間で、直流電圧および交流電圧を相互に変換するインバータと、電圧の昇圧および降圧を行なうコンバータとを含む。低電圧回路部は、インバータおよびコンバータに制御信号を送る制御装置を含む。このように構成された車両用駆動装置によれば、車両駆動用の高圧電流が流れる高電圧回路部を、車両外部から加わる衝撃から適切に保護することができる。
【００１６】
また好ましくは、回転電機およびパワー制御ユニットは、車両前方に設けられたエンジンルームに搭載される。このように構成された車両用駆動装置によれば、車両衝突時にエンジンルームが変形する場合があっても、パワー制御ユニットを適切に保護することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、この発明に従えば、外部からの衝撃に対してパワー制御ユニットが適切に保護される車両用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】
【００１８】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００１９】
図１は、ハイブリッド自動車のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。ハイブリッド自動車は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）から電力供給されるモータとを動力源とする。
【００２０】
図１を参照して、ハイブリッド自動車は、バッテリユニット４０と、車両用駆動装置２０と、図示しないエンジンとを含む。車両用駆動装置２０は、電動機および発電機として機能するモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、図示しないエンジンおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間で動力を分配する動力分割機構２６と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）２１とを含む。
【００２１】
バッテリユニット４０には端子４１，４２が設けられている。ＰＣＵ２１にはＤＣ端子４３，４４が設けられている。端子４１とＤＣ端子４３との間および端子４２とＤＣ端子４４との間は、それぞれケーブル６およびケーブル８によって電気的に接続されている。ＰＣＵ２１にはＭＧ端子４６，４７が設けられている。モータジェネレータＭＧ１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相コイルと、ＭＧ端子４６との間がケーブル２によって電気的に接続され、モータジェネレータＭＧ２のＵ相，Ｖ相，Ｗ相コイルと、ＭＧ端子４７との間がケーブル４によって電気的に接続されている。
【００２２】
バッテリユニット４０は、バッテリＢと、バッテリＢの正極と端子４１との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、バッテリＢの負極と端子４２との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３と、バッテリＢの正極と端子４１との間に直列に接続される、システムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒとを含む。システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、後述の制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。
【００２３】
バッテリユニット４０は、バッテリＢの端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０と、バッテリＢに流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１とを含む。バッテリＢとしては、ニッケル水素、リチウムイオン等の２次電池や、燃料電池などを用いることができる。バッテリＢに代わる蓄電装置として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いることもできる。
【００２４】
ＰＣＵ２１は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応して設けられるインバータ２２，１４と、インバータ２２，１４に共通して設けられる昇圧コンバータ１２と、制御装置３０とを含む。
【００２５】
昇圧コンバータ１２は、ＤＣ端子４３，４４間の電圧を昇圧する。昇圧コンバータ１２は、一方端が端子４３に接続されるリアクトル３２と、昇圧用ＩＰＭ（Intelligent Power Module）１３と、平滑用コンデンサ３３とを含む。昇圧用ＩＰＭ１３は、昇圧後の電圧ＶＨを出力する昇圧コンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。平滑用コンデンサ３３は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。
【００２６】
リアクトル３２の他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続されている。
【００２７】
インバータ１４は、車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ１４は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき、昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。
【００２８】
インバータ１４は、走行用ＩＰＭ１８を構成するＵ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７を含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、昇圧コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続されている。
【００２９】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続されている。ダイオードＤ４のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続されている。
【００３０】
Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続されている。ダイオードＤ６のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続されている。
【００３１】
Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続されている。ダイオードＤ８のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続されている。
【００３２】
各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中性点に共に接続されている。Ｕ相コイルの他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続されている。Ｖ相コイルの他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続されている。Ｗ相コイルの他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続されている。
【００３３】
電流センサ２５は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０に出力する。電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０に出力する。
【００３４】
インバータ２２は、昇圧コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続される。インバータ２２は、モータジェネレータＭＧ１に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ２２は、昇圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジンを始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。
【００３５】
また、インバータ２２は、エンジンのクランクシャフトから伝達される回転トルクによってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき、昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。なお、インバータ２２の内部の構成はインバータ１４と同様であるため、詳細な説明は繰返さない。
【００３６】
制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。
【００３７】
ここで、トルク指令値ＴＲ１，モータ回転数ＭＲＮ１およびモータ電流値ＭＣＲＴ１は、モータジェネレータＭＧ１に関するものであり、トルク指令値ＴＲ２，モータ回転数ＭＲＮ２およびモータ電流値ＭＣＲＴ２は、モータジェネレータＭＧ２に関するものである。電圧ＶＢは、バッテリＢの電圧であり、電流ＩＢは、バッテリＢに流れる電流である。電圧ＶＬは、昇圧コンバータ１２の昇圧前電圧であり、電圧ＶＨは、昇圧コンバータ１２の昇圧後電圧である。
【００３８】
制御装置３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤおよび動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。
【００３９】
制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。制御装置３０は、インバータ２２に対して直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。
【００４０】
続いて、図１中の車両用駆動装置２０の構造について詳細に説明する。図２は、ハイブリッド自動車のエンジンルームを示す平面図である。
【００４１】
図２を参照して、ハイブリッド自動車の車両前方には、エンジン５２を搭載するエンジンルーム５１が設けられている。エンジンルーム５１は、フロントバンパ５３とダッシュボードパネル５４との間に形成されている。ダッシュボードパネル５４は、エンジンルーム５１と車両室内との間を区画するパネルである。
【００４２】
車両用駆動装置２０は、エンジンルーム５１に収容されている。車両用駆動装置２０は、エンジン５２に対して車両幅方向に隣り合って設けられている。エンジン５２に隣接する位置には、第１回転電機としてのモータジェネレータＭＧ１が配置されている。モータジェネレータＭＧ１に対してエンジン５２の反対側には、第２回転電機としてのモータジェネレータＭＧ２が配置されている。エンジン５２、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２は、車両幅方向に並ぶ。モータジェネレータＭＧ１とモータジェネレータＭＧ２との間には、動力分割機構２６が配置されている。
【００４３】
モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２の回転中心となる軸が、それぞれ回転軸１０１および回転軸１０２として表されている。回転軸１０１と回転軸１０２とは、互いに平行に車両幅方向に延びる。モータジェネレータＭＧ１は、回転軸１０１とエンジン５２のクランクシャフトとが同軸になるように配置されている。モータジェネレータＭＧ２は、回転軸１０２が回転軸１０１よりも車両後方にオフセットされるようにモータジェネレータＭＧ１に対して位置決めされている。
【００４４】
このような構成により、モータジェネレータＭＧ２の車両前方には空間が形成される。ＰＣＵ２１をこの空間に配置することによって、車両用駆動装置２０の小型化を図ることができる。また、ＰＣＵ２１は、モータジェネレータＭＧ２と水平方向に並んで配置されている。この場合、ＰＣＵ２１をモータジェネレータＭＧ２の上方に配置する場合と比較して、車両用駆動装置２０の重心を低くすることができる。これにより、ハイブリッド自動車の振動特性や乗り心地を改善することができる。
【００４５】
図３は、図２中のパワー制御ユニットを示す斜視図である。図２および図３を参照して、車両用駆動装置２０は、モータジェネレータＭＧ１を収容するＭＧ１ケース６１と、モータジェネレータＭＧ２およびＰＣＵ２１を収容するＭＧ２・インバータケース６４とを含む。ＭＧ１ケース６１およびＭＧ２・インバータケース６４は、アルミニウム等の金属から形成されている。
【００４６】
ＭＧ１ケース６１は、エンジン５２から車両幅方向に筒状に延びる形状を有する。ＭＧ２・インバータケース６４は、モータジェネレータＭＧ２を収容するＭＧ２収容部６２と、ＰＣＵ２１を収容する筒状部６３および蓋部６５とを含む。ＭＧ２収容部６２は、ＭＧ１ケース６１から車両幅方向に筒状に延び、その延びる先で閉塞する形状を有する。ＭＧ２収容部６２は、ＭＧ１ケース６１と車両幅方向に隣り合って配置され、ＭＧ１ケース６１に連結されている。筒状部６３は、ＭＧ２収容部６２から車両前方に向けて筒状に延びる形状を有する。筒状部６３は、筒状に延びる先に車両前方に向けて開口する開口面６３ｐを有する。蓋部６５は、開口面６３ｐを塞ぐように筒状部６３に取り付けられている。
【００４７】
なお、本実施の形態では、ＭＧ２収容部６２と筒状部６３とが一体に形成されているが、これに限られず、ＭＧ２収容部６２と筒状部６３とが別体に形成され、筒状部６３がＭＧ２収容部６２に連結される構造としてもよい。
【００４８】
図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったパワー制御ユニットの断面図である。図１から図４を参照して、ＰＣＵ２１は、相対的に小さい電圧が印加する低電圧回路部７１と、相対的に大きい電圧が印加する高電圧回路部７５とを含む。
【００４９】
低電圧回路部７１は、制御装置３０を構成する制御基板に対応する。ハイブリッド自動車には、第１バッテリとしてのバッテリＢとは別に、バッテリＢよりも小さい容量を有する第２バッテリとしての補機バッテリ（１２Ｖ）が設けられている。低電圧回路部７１は、この補機バッテリから供給される電圧により作動する。高電圧回路部７５は、ＩＰＭ７６と、平滑用コンデンサ３３と、リアクトル３２とを含む。ＩＰＭ７６は、図１中のインバータ１４，２２および昇圧コンバータ１２をそれぞれ構成する走行用ＩＰＭ１８および昇圧用ＩＰＭ１３から構成される。高電圧回路部７５には、車両駆動用の電流が流れる。一例を挙げれば、昇圧コンバータ１２による昇圧後の電流は、４５０Ｖ以上の電圧を有する。昇圧コンバータ１２による昇圧後の電流は、６５０Ｖ以上の電圧を有してもよい。バッテリＢから昇圧コンバータ１２に供給される電流は、２００Ｖ以上の電圧を有する。
【００５０】
図４を参照して、ＰＣＵ２１は、冷却プレート７２、ウォータジャケット７４および連結部材７３を含む。冷却プレート７２は、板形状を有する。冷却プレート７２は、車両前後方向に直交する平面内で板状に延在するように配置されている。冷却プレート７２、ウォータジャケット７４および連結部材７３は、アルミニウム等の金属から形成されている。ウォータジャケット７４は、冷却プレート７２から車両後方に間隔を隔てた位置に配置されている。ウォータジャケット７４は、ＭＧ２・インバータケース６４に固定されている。連結部材７３は、車両前後方向に延び、冷却プレート７２とウォータジャケット７４との間を連結している。このような構成により、冷却プレート７２は、連結部材７３およびウォータジャケット７４を介在させてＭＧ２・インバータケース６４に対して固定されている。なお、冷却プレート７２が直接、筒状部６３に固定されてもよい。
【００５１】
冷却プレート７２よりも車両前方側には、低電圧回路部７１が配置されている。低電圧回路部７１は、筒状部６３および蓋部６５の内部に収まるように配置されている。冷却プレート７２よりも車両後方側には、高電圧回路部７５が配置されている。具体的には、冷却プレート７２に接するようにＩＰＭ７６が設けられている。ＩＰＭ７６に対して冷却プレート７２の反対側には、平滑用コンデンサ３３が設けられている。ＩＰＭ７６および平滑用コンデンサ３３は、冷却プレート７２とウォータジャケット７４との間の空間に配置されている。車両前後方向においてウォータジャケット７４と重なってリアクトル３２が設けられている。ＩＰＭ７６、平滑用コンデンサ３３およびリアクトル３２は、車両前後方向において冷却プレート７２の表面上に投影されるように配置されている。低電圧回路部７１、冷却プレート７２、ＩＰＭ７６、平滑用コンデンサ３３およびリアクトル３２は、水平方向に並んで配置されている。低電圧回路部７１、冷却プレート７２、ＩＰＭ７６、平滑用コンデンサ３３およびリアクトル３２は、車両前後方向に並んで配置されている。
【００５２】
冷却プレート７２および高電圧回路部７５は、ケース体としてのＭＧ２・インバータケース６４の開口面６３ｐよりも車両後方側に配置されている。第２ケース体としてのＭＧ２・インバータケース６４に収容される冷却プレート７２および高電圧回路部７５は、第１ケース体としてのＭＧ１ケース６１の前端６１ｆよりも車両後方側に配置されている（図１を参照のこと）。
【００５３】
冷却プレート７２、ウォータジャケット７４および連結部材７３の内部には、冷却水路が形成されており、冷却水が各部材の内部を循環する。このような構成により、冷却プレート７２は、高電圧回路部７５を冷却する役割を果たし、ウォータジャケット７４は、モータジェネレータＭＧ２およびＰＣＵ２１間を熱的に遮断する役割を果たす。
【００５４】
図５は、図４中のＰＣＵに設けられる各種端子を示す断面図である。図５（Ｂ）は、図４に対応する図であり、図５（Ａ）は、図５（Ｂ）中の矢印Ａに示す方向から見た図である。図１および図５を参照して、高電圧回路部７５は、バッテリユニット４０およびＰＣＵ２１間を電気的に接続するためのＤＣ端子４３，４４と、モータジェネレータＭＧ１およびＰＣＵ２１間を電気的に接続するためのＭＧ端子４６と、モータジェネレータＭＧ２およびＰＣＵ２１間を電気的に接続するためのＭＧ端子４７とを含む。ＤＣ端子４３，４４、ＭＧ端子４６およびＭＧ端子４７は、冷却プレート７２よりも車両後方側に配置されている。
【００５５】
ハイブリッド自動車が衝突を起こした場合を想定すると、この場合、車両前方からの衝撃がエンジンルーム５１に加わる。これに対して、本実施の形態では、車両前方から後方に向けて、低電圧回路部７１、冷却プレート７２および高電圧回路部７５が順に配置されている。このような構成により、衝撃をまず低電圧回路部７１によって吸収するとともに、冷却プレート７２によって高電圧回路部７５の車両前方の強度を向上させることができる。
【００５６】
本実施の形態では、冷却プレート７２がモータジェネレータＭＧ２を収容するケース体としてのＭＧ２・インバータケース６４に対して固定されている。このため、冷却プレート７２が強固に支持された剛体として設けられており、高電圧回路部７５の車両前方の強度を格段に向上させることができる。また、冷却プレート７２は、ＭＧ２・インバータケース６４の開口面６３ｐよりも車両後方側に配置されている。このような構成により、高電圧回路部７５の周囲が、冷却プレート７２と、ＭＧ２・インバータケース６４の筒状部６３とによって取り囲まれる構造が得られる。車両前方から加わった衝撃は、冷却プレート７２に達するよりも前に筒状部６３の前端に達するため、筒状部６３の変形を通じて衝撃を吸収することができる。また、冷却プレート７２は、ＭＧ１ケース６１の前端６１ｆよりも車両後方側に配置されている。このため、同様にＭＧ１ケース６１の変形を通じて衝撃を吸収することができる。
【００５７】
この発明の実施の形態における車両用駆動装置２０は、駆動力を発生する回転電機としてのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と一体に設けられ、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット（ＰＣＵ）２１とを備える。ＰＣＵ２１は、相対的に小さい電圧が印加する低電圧回路部７１と、低電圧回路部７１よりも車両後方に配置され、相対的に大きい電圧が印加する高電圧回路部７５と、車両前後方向において低電圧回路部７１と高電圧回路部７５との間に配置され、高電圧回路部７５を冷却する冷却プレート７２とを含む。
【００５８】
このように構成された、この発明の実施の形態における車両用駆動装置２０によれば、ハイブリッド自動車の衝突時、高電圧が印加する高電圧回路部７５に到達する衝撃を緩和することができる。これにより、ＰＣＵ２１を適切に保護することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、内燃機関とバッテリとを動力源とするハイブリッド自動車に本発明を適用したが、これに限定されず、燃料電池とバッテリとを動力源とする燃料電池ハイブリッド自動車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）、または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に本発明を適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド自動車では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド自動車では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、バッテリの使用に関しては、両方のハイブリッド自動車で基本的に変わらない。
【００６０】
今回開示された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と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ハイブリッド自動車のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。
【図２】ハイブリッド自動車のエンジンルームを示す平面図である。
【図３】図２中のパワー制御ユニットを示す斜視図である。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったパワー制御ユニットの断面図である。
【図５】図４中のＰＣＵに設けられる各種端子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
２０ 車両用駆動装置、２１ パワー制御ユニット（ＰＣＵ）、５１ エンジンルーム、６１ ＭＧ１ケース、６１ｆ 前端、６３ 筒状部、６３ｐ 開口面、６４ ＭＧ２・インバータケース、７１ 低電圧回路部、７２ 冷却プレート、７５ 高電圧回路部、１０１，１０２ 回転軸、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、車両用駆動装置に関し、より特定的には、回転電機と、回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットとが一体に設けられた車両用駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用駆動装置に関して、たとえば、特開２００５−３３３７４７号公報には、冷却水路内におけるエアを容易に除去することを目的としたインバータ一体型回転電機が開示されている（特許文献１）。特許文献１では、回転電機であるモータジェネレータに、パワー制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）が据え付けられ、モータジェネレータおよびパワー制御ユニットが一体的に形成されている。
【０００３】
また、特開２００１−１１９８９８号公報には、インバータケースを駆動装置ケースに対して一体化し、車両への搭載性を向上させることを目的とした駆動装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２では、駆動装置ケースの上方にインバータケースが一体に設けられている。インバータケース内には、ヒートシンク、駆動モータ用／発電機モータ用インバータ、平滑用コンデンサおよび制御基板が収容されている。
【０００４】
また、特開２００４−３４３８４５号公報には、複数の電動機を個別のケース部分に内蔵する駆動装置において、各電動機に対応するインバータの駆動装置への一体化と、インバータの冷却とを両立させることを目的とした電動機内蔵駆動装置が開示されている（特許文献３）。特許文献３では、駆動装置ケースにインバータケースが取り付けられている。また、特開２００７−９９１２１号公報には、インバータを一体化し、小型化することを目的としたハイブリッド車両の駆動装置が開示されている（特許文献４）。特許文献４では、モータジェネレータ、動力分割機構およびパワー制御ユニットが、金属製のケースに収容されて一体化されている。
【０００５】
また、特開２００３−１９９３６３号公報には、優れたコンパクト性、組み立て性、製造性、耐振性を得ることを目的とした電動駆動装置制御ユニットが開示されている（特許文献５）。特許文献５では、制御ユニットが、駆動装置の前方に前傾姿勢で駆動装置ケースに取り付けられている。制御ユニットを構成するパワーモジュールは、ケースの底壁により構成されるヒートシンクに接して配置されている。パワーモジュールの上部には、インバータの平滑回路用のコンデンサが配置され、さらにその上方には制御基板が配置されている。
【０００６】
また、特開２００２−２７４２０１号公報には、発電機の回転軸および電動機の出力軸に直交する方向において、発電機および電動機の配置スペースを可及的に狭めることを目的とした動力伝達装置が開示されている（特許文献６）。特許文献６に開示される動力伝達装置では、第１のモータジェネレータの回転軸と第２のモータジェネレータの回転軸とが、その半径方向にオフセットされている。
【特許文献１】特開２００５−３３３７４７号公報
【特許文献２】特開２００１−１１９８９８号公報
【特許文献３】特開２００４−３４３８４５号公報
【特許文献４】特開２００７−９９１２１号公報
【特許文献５】特開２００３−１９９３６３号公報
【特許文献６】特開２００２−２７４２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の特許文献１では、パワー制御ユニットが一体的に設けられたモータジェネレータが、車両前方のエンジンルームに収容されている。しかしながら、パワー制御ユニットは、バッテリおよびモータジェネレータ間で直流電圧と交流電圧とを相互に変換するインバータや、電圧の昇圧および降圧を行なうコンバータなどの高電圧回路部を含む。このため、車両前方からパワー制御ユニットに加わる衝撃に対して十分に考慮する必要がある。
【０００８】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、外部からの衝撃に対してパワー制御ユニットが適切に保護される車両用駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に従った車両用駆動装置は、駆動力を発生する回転電機と、回転電機と一体に設けられ、回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットとを備える。パワー制御ユニットは、相対的に小さい電圧が印加する低電圧回路部と、低電圧回路部よりも車両後方に配置され、相対的に大きい電圧が印加する高電圧回路部と、車両前後方向において低電圧回路部と高電圧回路部との間に配置され、高電圧回路部を冷却する冷却プレートとを含む。
【００１０】
このように構成された車両用駆動装置によれば、車両前方から車両用駆動装置に衝撃に加わった場合に、その衝撃を低電圧回路部で吸収するとともに、冷却プレートを利用して高電圧回路部の車両前方の強度を向上させることができる。これにより、高電圧が印加する高電圧回路部に到達する衝撃を緩和し、パワー制御ユニットを適切に保護することができる。
【００１１】
また好ましくは、車両用駆動装置は、回転電機を収容するケース体をさらに備える。冷却プレートは、金属から形成され、ケース体に対して固定される。このように構成された車両用駆動装置によれば、ケース体によって強固に支持された冷却プレートを利用して、高電圧回路部の車両前方の強度を向上させることができる。
【００１２】
また好ましくは、車両用駆動装置は、回転電機を収容し、金属から形成されるケース体をさらに備える。ケース体は、車両前後方向に筒状に延在し、その内側にパワー制御ユニットを収容する筒状部を含む。筒状部が車両前方に向けて開口する開口面よりも車両後方側に、冷却プレートおよび高電圧回路部が配置される。このように構成された車両用駆動装置によれば、パワー制御ユニットを収容する筒状部を利用して、高電圧回路部の車両前方の強度を向上させることができる。
【００１３】
また好ましくは、回転電機として、パワー制御ユニットにより互いに異なる制御が行なわれる第１回転電機および第２回転電機が設けられる。第１回転電機および第２回転電機は、第２回転電機の回転軸が第１回転電機の回転軸よりも車両後方側にずれるように配置される。第２回転電機の車両前方側にパワー制御ユニットが配置される。このように構成された車両用駆動装置によれば、第２回転電機の回転軸を第１回転電機の回転軸よりも車両後方側にずらすことにより、第２回転電機の車両前方側に空間を確保することができる。この空間にパワー制御ユニットを配置することによって、車両用駆動装置をコンパクトに構成できる。また、車両前方からの衝撃を吸収する部分を第１回転電機に設けることができる。
【００１４】
また好ましくは、車両用駆動装置は、第１回転電機を収容する第１ケース体と、第２回転電機およびパワー制御ユニットを収容する第２ケース体とをさらに備える。第２ケース体は、第１ケース体と車両幅方向に隣り合って配置され、第１ケース体に連結される。車両前後方向における第１ケース体の前端よりも車両後方側に、冷却プレートおよび高電圧回路部が配置される。このように構成された車両用駆動装置によれば、車両前方からの衝撃を第１ケース体によって吸収することができる。
【００１５】
また好ましくは、高電圧回路部は、回転電機とバッテリとの間で、直流電圧および交流電圧を相互に変換するインバータと、電圧の昇圧および降圧を行なうコンバータとを含む。低電圧回路部は、インバータおよびコンバータに制御信号を送る制御装置を含む。このように構成された車両用駆動装置によれば、車両駆動用の高圧電流が流れる高電圧回路部を、車両外部から加わる衝撃から適切に保護することができる。
【００１６】
また好ましくは、回転電機およびパワー制御ユニットは、車両前方に設けられたエンジンルームに搭載される。このように構成された車両用駆動装置によれば、車両衝突時にエンジンルームが変形する場合があっても、パワー制御ユニットを適切に保護することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、この発明に従えば、外部からの衝撃に対してパワー制御ユニットが適切に保護される車両用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】
【００１８】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００１９】
図１は、ハイブリッド自動車のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。ハイブリッド自動車は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）から電力供給されるモータとを動力源とする。
【００２０】
図１を参照して、ハイブリッド自動車は、バッテリユニット４０と、車両用駆動装置２０と、図示しないエンジンとを含む。車両用駆動装置２０は、電動機および発電機として機能するモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、図示しないエンジンおよびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間で動力を分配する動力分割機構２６と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）２１とを含む。
【００２１】
バッテリユニット４０には端子４１，４２が設けられている。ＰＣＵ２１にはＤＣ端子４３，４４が設けられている。端子４１とＤＣ端子４３との間および端子４２とＤＣ端子４４との間は、それぞれケーブル６およびケーブル８によって電気的に接続されている。ＰＣＵ２１にはＭＧ端子４６，４７が設けられている。モータジェネレータＭＧ１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相コイルと、ＭＧ端子４６との間がケーブル２によって電気的に接続され、モータジェネレータＭＧ２のＵ相，Ｖ相，Ｗ相コイルと、ＭＧ端子４７との間がケーブル４によって電気的に接続されている。
【００２２】
バッテリユニット４０は、バッテリＢと、バッテリＢの正極と端子４１との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ２と、バッテリＢの負極と端子４２との間に接続されるシステムメインリレーＳＭＲ３と、バッテリＢの正極と端子４１との間に直列に接続される、システムメインリレーＳＭＲ１および制限抵抗Ｒとを含む。システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は、後述の制御装置３０から与えられる制御信号ＳＥに応じて導通／非導通状態が制御される。
【００２３】
バッテリユニット４０は、バッテリＢの端子間の電圧ＶＢを測定する電圧センサ１０と、バッテリＢに流れる電流ＩＢを検知する電流センサ１１とを含む。バッテリＢとしては、ニッケル水素、リチウムイオン等の２次電池や、燃料電池などを用いることができる。バッテリＢに代わる蓄電装置として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いることもできる。
【００２４】
ＰＣＵ２１は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応して設けられるインバータ２２，１４と、インバータ２２，１４に共通して設けられる昇圧コンバータ１２と、制御装置３０とを含む。
【００２５】
昇圧コンバータ１２は、ＤＣ端子４３，４４間の電圧を昇圧する。昇圧コンバータ１２は、一方端が端子４３に接続されるリアクトル３２と、昇圧用ＩＰＭ（Intelligent Power Module）１３と、平滑用コンデンサ３３とを含む。昇圧用ＩＰＭ１３は、昇圧後の電圧ＶＨを出力する昇圧コンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。平滑用コンデンサ３３は、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧を平滑化する。
【００２６】
リアクトル３２の他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続されている。
【００２７】
インバータ１４は、車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ１４は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき、昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。
【００２８】
インバータ１４は、走行用ＩＰＭ１８を構成するＵ相アーム１５、Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７を含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６およびＷ相アーム１７は、昇圧コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続されている。
【００２９】
Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続されている。ダイオードＤ４のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続されている。
【００３０】
Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続されている。ダイオードＤ６のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続されている。
【００３１】
Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続されている。ダイオードＤ８のカソードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードは、ＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続されている。
【００３２】
各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ２の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中性点に共に接続されている。Ｕ相コイルの他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続されている。Ｖ相コイルの他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続されている。Ｗ相コイルの他方端は、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続されている。
【００３３】
電流センサ２５は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０に出力する。電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ２に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ２として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０に出力する。
【００３４】
インバータ２２は、昇圧コンバータ１２に対してインバータ１４と並列的に接続される。インバータ２２は、モータジェネレータＭＧ１に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流に変換して出力する。インバータ２２は、昇圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けてたとえばエンジンを始動させるためにモータジェネレータＭＧ１を駆動する。
【００３５】
また、インバータ２２は、エンジンのクランクシャフトから伝達される回転トルクによってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき、昇圧コンバータ１２は降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。なお、インバータ２２の内部の構成はインバータ１４と同様であるため、詳細な説明は繰返さない。
【００３６】
制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２、モータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電圧ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流ＩＢの各値、モータ電流値ＭＣＲＴ１，ＭＣＲＴ２および起動信号ＩＧＯＮを受ける。
【００３７】
ここで、トルク指令値ＴＲ１，モータ回転数ＭＲＮ１およびモータ電流値ＭＣＲＴ１は、モータジェネレータＭＧ１に関するものであり、トルク指令値ＴＲ２，モータ回転数ＭＲＮ２およびモータ電流値ＭＣＲＴ２は、モータジェネレータＭＧ２に関するものである。電圧ＶＢは、バッテリＢの電圧であり、電流ＩＢは、バッテリＢに流れる電流である。電圧ＶＬは、昇圧コンバータ１２の昇圧前電圧であり、電圧ＶＨは、昇圧コンバータ１２の昇圧後電圧である。
【００３８】
制御装置３０は、昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示を行なう制御信号ＰＷＵ，降圧指示を行なう制御信号ＰＷＤおよび動作禁止を指示する信号ＣＳＤＮを出力する。
【００３９】
制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。制御装置３０は、インバータ２２に対して直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。
【００４０】
続いて、図１中の車両用駆動装置２０の構造について詳細に説明する。図２は、ハイブリッド自動車のエンジンルームを示す平面図である。
【００４１】
図２を参照して、ハイブリッド自動車の車両前方には、エンジン５２を搭載するエンジンルーム５１が設けられている。エンジンルーム５１は、フロントバンパ５３とダッシュボードパネル５４との間に形成されている。ダッシュボードパネル５４は、エンジンルーム５１と車両室内との間を区画するパネルである。
【００４２】
車両用駆動装置２０は、エンジンルーム５１に収容されている。車両用駆動装置２０は、エンジン５２に対して車両幅方向に隣り合って設けられている。エンジン５２に隣接する位置には、第１回転電機としてのモータジェネレータＭＧ１が配置されている。モータジェネレータＭＧ１に対してエンジン５２の反対側には、第２回転電機としてのモータジェネレータＭＧ２が配置されている。エンジン５２、モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２は、車両幅方向に並ぶ。モータジェネレータＭＧ１とモータジェネレータＭＧ２との間には、動力分割機構２６が配置されている。
【００４３】
モータジェネレータＭＧ１およびモータジェネレータＭＧ２の回転中心となる軸が、それぞれ回転軸１０１および回転軸１０２として表されている。回転軸１０１と回転軸１０２とは、互いに平行に車両幅方向に延びる。モータジェネレータＭＧ１は、回転軸１０１とエンジン５２のクランクシャフトとが同軸になるように配置されている。モータジェネレータＭＧ２は、回転軸１０２が回転軸１０１よりも車両後方にオフセットされるようにモータジェネレータＭＧ１に対して位置決めされている。
【００４４】
このような構成により、モータジェネレータＭＧ２の車両前方には空間が形成される。ＰＣＵ２１をこの空間に配置することによって、車両用駆動装置２０の小型化を図ることができる。また、ＰＣＵ２１は、モータジェネレータＭＧ２と水平方向に並んで配置されている。この場合、ＰＣＵ２１をモータジェネレータＭＧ２の上方に配置する場合と比較して、車両用駆動装置２０の重心を低くすることができる。これにより、ハイブリッド自動車の振動特性や乗り心地を改善することができる。
【００４５】
図３は、図２中のパワー制御ユニットを示す斜視図である。図２および図３を参照して、車両用駆動装置２０は、モータジェネレータＭＧ１を収容するＭＧ１ケース６１と、モータジェネレータＭＧ２およびＰＣＵ２１を収容するＭＧ２・インバータケース６４とを含む。ＭＧ１ケース６１およびＭＧ２・インバータケース６４は、アルミニウム等の金属から形成されている。
【００４６】
ＭＧ１ケース６１は、エンジン５２から車両幅方向に筒状に延びる形状を有する。ＭＧ２・インバータケース６４は、モータジェネレータＭＧ２を収容するＭＧ２収容部６２と、ＰＣＵ２１を収容する筒状部６３および蓋部６５とを含む。ＭＧ２収容部６２は、ＭＧ１ケース６１から車両幅方向に筒状に延び、その延びる先で閉塞する形状を有する。ＭＧ２収容部６２は、ＭＧ１ケース６１と車両幅方向に隣り合って配置され、ＭＧ１ケース６１に連結されている。筒状部６３は、ＭＧ２収容部６２から車両前方に向けて筒状に延びる形状を有する。筒状部６３は、筒状に延びる先に車両前方に向けて開口する開口面６３ｐを有する。蓋部６５は、開口面６３ｐを塞ぐように筒状部６３に取り付けられている。
【００４７】
なお、本実施の形態では、ＭＧ２収容部６２と筒状部６３とが一体に形成されているが、これに限られず、ＭＧ２収容部６２と筒状部６３とが別体に形成され、筒状部６３がＭＧ２収容部６２に連結される構造としてもよい。
【００４８】
図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったパワー制御ユニットの断面図である。図１から図４を参照して、ＰＣＵ２１は、相対的に小さい電圧が印加する低電圧回路部７１と、相対的に大きい電圧が印加する高電圧回路部７５とを含む。
【００４９】
低電圧回路部７１は、制御装置３０を構成する制御基板に対応する。ハイブリッド自動車には、第１バッテリとしてのバッテリＢとは別に、バッテリＢよりも小さい容量を有する第２バッテリとしての補機バッテリ（１２Ｖ）が設けられている。低電圧回路部７１は、この補機バッテリから供給される電圧により作動する。高電圧回路部７５は、ＩＰＭ７６と、平滑用コンデンサ３３と、リアクトル３２とを含む。ＩＰＭ７６は、図１中のインバータ１４，２２および昇圧コンバータ１２をそれぞれ構成する走行用ＩＰＭ１８および昇圧用ＩＰＭ１３から構成される。高電圧回路部７５には、車両駆動用の電流が流れる。一例を挙げれば、昇圧コンバータ１２による昇圧後の電流は、４５０Ｖ以上の電圧を有する。昇圧コンバータ１２による昇圧後の電流は、６５０Ｖ以上の電圧を有してもよい。バッテリＢから昇圧コンバータ１２に供給される電流は、２００Ｖ以上の電圧を有する。
【００５０】
図４を参照して、ＰＣＵ２１は、冷却プレート７２、ウォータジャケット７４および連結部材７３を含む。冷却プレート７２は、板形状を有する。冷却プレート７２は、車両前後方向に直交する平面内で板状に延在するように配置されている。冷却プレート７２、ウォータジャケット７４および連結部材７３は、アルミニウム等の金属から形成されている。ウォータジャケット７４は、冷却プレート７２から車両後方に間隔を隔てた位置に配置されている。ウォータジャケット７４は、ＭＧ２・インバータケース６４に固定されている。連結部材７３は、車両前後方向に延び、冷却プレート７２とウォータジャケット７４との間を連結している。このような構成により、冷却プレート７２は、連結部材７３およびウォータジャケット７４を介在させてＭＧ２・インバータケース６４に対して固定されている。なお、冷却プレート７２が直接、筒状部６３に固定されてもよい。
【００５１】
冷却プレート７２よりも車両前方側には、低電圧回路部７１が配置されている。低電圧回路部７１は、筒状部６３および蓋部６５の内部に収まるように配置されている。冷却プレート７２よりも車両後方側には、高電圧回路部７５が配置されている。具体的には、冷却プレート７２に接するようにＩＰＭ７６が設けられている。ＩＰＭ７６に対して冷却プレート７２の反対側には、平滑用コンデンサ３３が設けられている。ＩＰＭ７６および平滑用コンデンサ３３は、冷却プレート７２とウォータジャケット７４との間の空間に配置されている。車両前後方向においてウォータジャケット７４と重なってリアクトル３２が設けられている。ＩＰＭ７６、平滑用コンデンサ３３およびリアクトル３２は、車両前後方向において冷却プレート７２の表面上に投影されるように配置されている。低電圧回路部７１、冷却プレート７２、ＩＰＭ７６、平滑用コンデンサ３３およびリアクトル３２は、水平方向に並んで配置されている。低電圧回路部７１、冷却プレート７２、ＩＰＭ７６、平滑用コンデンサ３３およびリアクトル３２は、車両前後方向に並んで配置されている。
【００５２】
冷却プレート７２および高電圧回路部７５は、ケース体としてのＭＧ２・インバータケース６４の開口面６３ｐよりも車両後方側に配置されている。第２ケース体としてのＭＧ２・インバータケース６４に収容される冷却プレート７２および高電圧回路部７５は、第１ケース体としてのＭＧ１ケース６１の前端６１ｆよりも車両後方側に配置されている（図１を参照のこと）。
【００５３】
冷却プレート７２、ウォータジャケット７４および連結部材７３の内部には、冷却水路が形成されており、冷却水が各部材の内部を循環する。このような構成により、冷却プレート７２は、高電圧回路部７５を冷却する役割を果たし、ウォータジャケット７４は、モータジェネレータＭＧ２およびＰＣＵ２１間を熱的に遮断する役割を果たす。
【００５４】
図５は、図４中のＰＣＵに設けられる各種端子を示す断面図である。図５（Ｂ）は、図４に対応する図であり、図５（Ａ）は、図５（Ｂ）中の矢印Ａに示す方向から見た図である。図１および図５を参照して、高電圧回路部７５は、バッテリユニット４０およびＰＣＵ２１間を電気的に接続するためのＤＣ端子４３，４４と、モータジェネレータＭＧ１およびＰＣＵ２１間を電気的に接続するためのＭＧ端子４６と、モータジェネレータＭＧ２およびＰＣＵ２１間を電気的に接続するためのＭＧ端子４７とを含む。ＤＣ端子４３，４４、ＭＧ端子４６およびＭＧ端子４７は、冷却プレート７２よりも車両後方側に配置されている。
【００５５】
ハイブリッド自動車が衝突を起こした場合を想定すると、この場合、車両前方からの衝撃がエンジンルーム５１に加わる。これに対して、本実施の形態では、車両前方から後方に向けて、低電圧回路部７１、冷却プレート７２および高電圧回路部７５が順に配置されている。このような構成により、衝撃をまず低電圧回路部７１によって吸収するとともに、冷却プレート７２によって高電圧回路部７５の車両前方の強度を向上させることができる。
【００５６】
本実施の形態では、冷却プレート７２がモータジェネレータＭＧ２を収容するケース体としてのＭＧ２・インバータケース６４に対して固定されている。このため、冷却プレート７２が強固に支持された剛体として設けられており、高電圧回路部７５の車両前方の強度を格段に向上させることができる。また、冷却プレート７２は、ＭＧ２・インバータケース６４の開口面６３ｐよりも車両後方側に配置されている。このような構成により、高電圧回路部７５の周囲が、冷却プレート７２と、ＭＧ２・インバータケース６４の筒状部６３とによって取り囲まれる構造が得られる。車両前方から加わった衝撃は、冷却プレート７２に達するよりも前に筒状部６３の前端に達するため、筒状部６３の変形を通じて衝撃を吸収することができる。また、冷却プレート７２は、ＭＧ１ケース６１の前端６１ｆよりも車両後方側に配置されている。このため、同様にＭＧ１ケース６１の変形を通じて衝撃を吸収することができる。
【００５７】
この発明の実施の形態における車両用駆動装置２０は、駆動力を発生する回転電機としてのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と一体に設けられ、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なうパワー制御ユニット（ＰＣＵ）２１とを備える。ＰＣＵ２１は、相対的に小さい電圧が印加する低電圧回路部７１と、低電圧回路部７１よりも車両後方に配置され、相対的に大きい電圧が印加する高電圧回路部７５と、車両前後方向において低電圧回路部７１と高電圧回路部７５との間に配置され、高電圧回路部７５を冷却する冷却プレート７２とを含む。
【００５８】
このように構成された、この発明の実施の形態における車両用駆動装置２０によれば、ハイブリッド自動車の衝突時、高電圧が印加する高電圧回路部７５に到達する衝撃を緩和することができる。これにより、ＰＣＵ２１を適切に保護することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、内燃機関とバッテリとを動力源とするハイブリッド自動車に本発明を適用したが、これに限定されず、燃料電池とバッテリとを動力源とする燃料電池ハイブリッド自動車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）、または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に本発明を適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド自動車では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド自動車では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、バッテリの使用に関しては、両方のハイブリッド自動車で基本的に変わらない。
【００６０】
今回開示された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と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ハイブリッド自動車のモータジェネレータ制御に関する構成を示す回路図である。
【図２】ハイブリッド自動車のエンジンルームを示す平面図である。
【図３】図２中のパワー制御ユニットを示す斜視図である。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったパワー制御ユニットの断面図である。
【図５】図４中のＰＣＵに設けられる各種端子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
２０ 車両用駆動装置、２１ パワー制御ユニット（ＰＣＵ）、５１ エンジンルーム、６１ ＭＧ１ケース、６１ｆ 前端、６３ 筒状部、６３ｐ 開口面、６４ ＭＧ２・インバータケース、７１ 低電圧回路部、７２ 冷却プレート、７５ 高電圧回路部、１０１，１０２ 回転軸、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力を発生する回転電機と、
前記回転電機と一体に設けられ、前記回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットとを備え、
前記パワー制御ユニットは、
相対的に小さい電圧が印加する低電圧回路部と、
前記低電圧回路部よりも車両後方に配置され、相対的に大きい電圧が印加する高電圧回路部と、
車両前後方向において前記低電圧回路部と前記高電圧回路部との間に配置され、前記高電圧回路部を冷却する冷却プレートとを含む、車両用駆動装置。
【請求項２】
前記回転電機を収容するケース体をさらに備え、
前記冷却プレートは、金属から形成され、前記ケース体に対して固定される、請求項１に記載の車両用駆動装置。
【請求項３】
前記回転電機を収容し、金属から形成されるケース体をさらに備え、
前記ケース体は、車両前後方向に筒状に延在し、その内側に前記パワー制御ユニットを収容する筒状部を含み、
前記筒状部が車両前方に向けて開口する開口面よりも車両後方側に、前記冷却プレートおよび前記高電圧回路部が配置される、請求項１または２に記載の車両用駆動装置。
【請求項４】
前記回転電機として、前記パワー制御ユニットにより互いに異なる制御が行なわれる第１回転電機および第２回転電機が設けられ、
前記第１回転電機および前記第２回転電機は、前記第２回転電機の回転軸が前記第１回転電機の回転軸よりも車両後方側にずれるように配置され、
前記第２回転電機の車両前方側に前記パワー制御ユニットが配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用駆動装置。
【請求項５】
前記第１回転電機を収容する第１ケース体と、
前記第２回転電機および前記パワー制御ユニットを収容し、前記第１ケース体と車両幅方向に隣り合って配置され、前記第１ケース体に連結される第２ケース体とをさらに備え、
車両前後方向における前記第１ケース体の前端よりも車両後方側に、前記冷却プレートおよび前記高電圧回路部が配置される、請求項４に記載の車両用駆動装置。
【請求項６】
前記高電圧回路部は、前記回転電機とバッテリとの間で、直流電圧および交流電圧を相互に変換するインバータと、電圧の昇圧および降圧を行なうコンバータとを含み、
前記低電圧回路部は、前記インバータおよび前記コンバータに制御信号を送る制御装置を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用駆動装置。
【請求項７】
前記回転電機および前記パワー制御ユニットは、車両前方に設けられたエンジンルームに搭載される、請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用駆動装置。
【請求項１】
駆動力を発生する回転電機と、
前記回転電機と一体に設けられ、前記回転電機の制御を行なうパワー制御ユニットとを備え、
前記パワー制御ユニットは、
相対的に小さい電圧が印加する低電圧回路部と、
前記低電圧回路部よりも車両後方に配置され、相対的に大きい電圧が印加する高電圧回路部と、
車両前後方向において前記低電圧回路部と前記高電圧回路部との間に配置され、前記高電圧回路部を冷却する冷却プレートとを含む、車両用駆動装置。
【請求項２】
前記回転電機を収容するケース体をさらに備え、
前記冷却プレートは、金属から形成され、前記ケース体に対して固定される、請求項１に記載の車両用駆動装置。
【請求項３】
前記回転電機を収容し、金属から形成されるケース体をさらに備え、
前記ケース体は、車両前後方向に筒状に延在し、その内側に前記パワー制御ユニットを収容する筒状部を含み、
前記筒状部が車両前方に向けて開口する開口面よりも車両後方側に、前記冷却プレートおよび前記高電圧回路部が配置される、請求項１または２に記載の車両用駆動装置。
【請求項４】
前記回転電機として、前記パワー制御ユニットにより互いに異なる制御が行なわれる第１回転電機および第２回転電機が設けられ、
前記第１回転電機および前記第２回転電機は、前記第２回転電機の回転軸が前記第１回転電機の回転軸よりも車両後方側にずれるように配置され、
前記第２回転電機の車両前方側に前記パワー制御ユニットが配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の車両用駆動装置。
【請求項５】
前記第１回転電機を収容する第１ケース体と、
前記第２回転電機および前記パワー制御ユニットを収容し、前記第１ケース体と車両幅方向に隣り合って配置され、前記第１ケース体に連結される第２ケース体とをさらに備え、
車両前後方向における前記第１ケース体の前端よりも車両後方側に、前記冷却プレートおよび前記高電圧回路部が配置される、請求項４に記載の車両用駆動装置。
【請求項６】
前記高電圧回路部は、前記回転電機とバッテリとの間で、直流電圧および交流電圧を相互に変換するインバータと、電圧の昇圧および降圧を行なうコンバータとを含み、
前記低電圧回路部は、前記インバータおよび前記コンバータに制御信号を送る制御装置を含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用駆動装置。
【請求項７】
前記回転電機および前記パワー制御ユニットは、車両前方に設けられたエンジンルームに搭載される、請求項１から６のいずれか１項に記載の車両用駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１３７４０４（Ｐ２００９−１３７４０４Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１４８４５（Ｐ２００７−３１４８４５）
【出願日】平成１９年１２月５日（２００７．１２．５）
【特許番号】特許第４２５３６８４号（Ｐ４２５３６８４）
【特許公報発行日】平成２１年４月１５日（２００９．４．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月５日（２００７．１２．５）
【特許番号】特許第４２５３６８４号（Ｐ４２５３６８４）
【特許公報発行日】平成２１年４月１５日（２００９．４．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
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