JP2020114087A - In-vehicle cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車載用冷却装置に関し、特に、車両の電気系統を冷却するための冷却装置に関する。 The present invention relates to a vehicle-mounted cooling device, and more particularly to a cooling device for cooling an electric system of a vehicle.
一般に、車両に搭載される各電気機器は、夫々が別々の独立したケースに収容され、それらがハーネスにより接続されていた。例えば、駆動用モータ、発電用のジェネレータ、駆動用モータに電力を供給するインバータ、直流電圧を変換するDC−DCコンバータ等が夫々独立したケースに収容され、各ケースに設けられた端子をハーネスで接続することにより、電気系統が構成される。このように、各電気機器を独立したケースに収容して、それらをハーネスにより接続した場合、高電圧の電気機器では、ハーネスに高い絶縁耐圧をもたせたり、法規制を満足する感電対策を施したりする必要がある。このため、車両駆動用の電気系統が大型化すると共に、重量が大きくなるという問題が生じる。 Generally, each electric device mounted on a vehicle is housed in a separate and independent case, and they are connected by a harness. For example, a drive motor, a generator for power generation, an inverter for supplying electric power to the drive motor, a DC-DC converter for converting a DC voltage, etc. are housed in respective independent cases, and terminals provided in each case are harnessed. An electrical system is constructed by connecting them. In this way, when each electric device is housed in an independent case and they are connected by a harness, in a high-voltage electric device, the harness has a high withstand voltage, and electric shock measures that satisfy legal regulations are taken. There is a need to. For this reason, there arises a problem that the electric system for driving the vehicle becomes large and the weight becomes large.
一方、特開2014−117157号公報(特許文献1)には、モータ駆動装置が記載されている。このモータ駆動装置では、モータ駆動用の巻線を収容したケース部と、インバータ部を収容したケース部と、巻線切替部を収容したケース部が一体化されている。これにより、各ケースの間等に生じるデッドスペースを削減することができ、モータ駆動装置を小型化している。また、このモータ駆動装置では、モータ駆動用の巻線を収容したケース部内には、冷却水を循環させる冷却管が設けられており、モータを冷却することができるように構成されている。さらに、巻線切替部を収容したケース部には、外側に放熱用のフィンが設けられており、フィンが設けられた部分の内側の壁面に巻線切替部を面接触させることにより、巻線切替部で生じた熱がケース部の外に放散されるように構成されている。 On the other hand, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-117157 (Patent Document 1) describes a motor drive device. In this motor drive device, the case portion that houses the winding for driving the motor, the case portion that houses the inverter portion, and the case portion that houses the winding switching portion are integrated. As a result, the dead space generated between the cases can be reduced, and the motor drive device can be made smaller. Further, in this motor drive device, a cooling pipe that circulates cooling water is provided in the case portion that houses the winding for driving the motor, so that the motor can be cooled. Further, the case portion accommodating the winding switching portion is provided with a fin for heat dissipation on the outside, and the winding switching portion is brought into surface contact with a wall surface inside the portion where the fin is provided, thereby The heat generated in the switching portion is dissipated to the outside of the case portion.
しかしながら、特許文献1記載のモータ駆動装置においては、内部に冷却水が循環する冷却管によってモータを冷却しているので、十分な冷却性能が得られないという問題がある。即ち、冷却管による冷却では、一旦、ケース部内の空気が冷却管によって冷却され、冷却された空気によりケース部内のモータ駆動用の巻線が冷却されるため、冷却効率が低く、十分な冷却性能を得ることができない。また、特許文献1記載のモータ駆動装置では、巻線切替部は、ケース部に形成された放熱用のフィンにより自然空冷されるため、十分な冷却性能を得るには巨大な放熱用のフィンが必要になるという問題がある。 However, in the motor drive device described in Patent Document 1, since the motor is cooled by the cooling pipe in which the cooling water circulates, there is a problem that sufficient cooling performance cannot be obtained. That is, in the cooling by the cooling pipe, the air in the case is once cooled by the cooling pipe, and the motor driving winding in the case is cooled by the cooled air, so that the cooling efficiency is low and the cooling performance is sufficient. Can't get Further, in the motor drive device described in Patent Document 1, since the winding switching portion is naturally air-cooled by the heat radiation fins formed in the case portion, a huge heat radiation fin is required to obtain sufficient cooling performance. There is a problem that it becomes necessary.
従って、本発明は、電気系統を収容するケースを一体化しながら、十分な冷却性能を得ることができる車載用冷却装置を提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a vehicle-mounted cooling device that can obtain sufficient cooling performance while integrating a case that houses an electric system.
上述した課題を解決するために、本発明は、車両の電気系統を冷却するための冷却装置であって、ケースと、このケースの内部の第1の空間内に収容された回転電気機械と、ケースの内部の、第1の空間とは異なる第2の空間内に収容された電力変換装置と、第1の空間内の回転電気機械を、第1の冷却液体を使用して冷却する第1の冷却機構と、第2の空間内の電力変換装置を、第1の冷却液体とは異なる第2の冷却液体を使用して冷却する第2の冷却機構と、回転電気機械と電力変換装置を電気的に接続するように、ケースの内部に延びる導電体と、第1の空間と第2の空間の間をシールするシール部材と、を有し、シール部材は、第1の空間内の第1の冷却液体と、第2の空間内の第2の冷却液体が混合されるのを抑制することを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a cooling device for cooling an electric system of a vehicle, including a case, a rotating electric machine housed in a first space inside the case, A first power cooling device, which is housed in a second space different from the first space, inside the case, and a rotating electric machine in the first space are cooled using a first cooling liquid. And a second cooling mechanism that cools the power conversion device in the second space by using a second cooling liquid different from the first cooling liquid, the rotating electric machine, and the power conversion device. A conductor that extends inside the case so as to be electrically connected, and a seal member that seals between the first space and the second space, and the seal member is the first space in the first space. It is characterized in that the first cooling liquid and the second cooling liquid in the second space are prevented from being mixed with each other.
このように構成された本発明によれば、回転電気機械及び電力変換装置が、夫々、第1、第2の冷却液体によって冷却されるので、空冷される場合に比べ強力に冷却を行うことができる。また、回転電気機械と電力変換装置を電気的に接続する導電体が、ケースの内部に延びているので、回転電気機械と電力変換装置を接続するためにケース外部にハーネスを設ける必要がない。これにより、ケース外部に配置するために高い絶縁性を持たせたハーネスによる重量の増加や、コストアップを回避することができる。また、本発明によれば、シール部材が、第1の冷却液体と、第2の冷却液体が混合されるのを抑制する。このため、回転電気機械と電力変換装置を一体化されたケースに収容しながら、冷却液体が漏れた場合等に、第1、第2の冷却液体が混合され、故障の原因となるのを抑制することができる。 According to the present invention configured as described above, since the rotating electric machine and the power converter are cooled by the first and second cooling liquids respectively, cooling can be performed more strongly than when air-cooled. it can. Further, since the conductor that electrically connects the rotary electric machine and the power converter extends inside the case, it is not necessary to provide a harness outside the case to connect the rotary electric machine and the power converter. As a result, it is possible to avoid an increase in weight and an increase in cost due to the harness having a high insulating property to be arranged outside the case. Further, according to the present invention, the seal member suppresses mixing of the first cooling liquid and the second cooling liquid. Therefore, it is possible to prevent the first and second cooling liquids from being mixed with each other and causing a failure when the cooling liquid leaks while housing the rotating electric machine and the power conversion device in an integrated case. can do.
本発明において、好ましくは、電力変換装置を収容した第2の空間は、回転電気機械を収容した第1の空間内よりも上方に設けられている。
このように構成された本発明によれば、電力変換装置を収容した第2の空間が、回転電気機械を収容した第1の空間よりも上方に設けられているので、一般に、重量の大きい回転電気機械を下側に配置することができ、車載用冷却装置を安定して配置することができる。
In the present invention, preferably, the second space accommodating the power conversion device is provided above the inside of the first space accommodating the rotating electric machine.
According to the present invention having such a configuration, since the second space accommodating the power conversion device is provided above the first space accommodating the rotating electric machine, generally, the rotation with a large weight is performed. The electric machine can be arranged on the lower side, and the vehicle-mounted cooling device can be arranged stably.
本発明において、好ましくは、回転電気機械を冷却する第1の冷却機構は油冷式であり、電力変換装置を冷却する第2の冷却機構は水冷式である。
このように構成された本発明によれば、回転電気機械が油冷式であるので、発熱の大きい回転電気機械のコイル等を油で直接冷却することが可能になり、効果的に回転電気機械を冷却することができる。
In the present invention, preferably, the first cooling mechanism that cools the rotating electric machine is an oil cooling type, and the second cooling mechanism that cools the power conversion device is a water cooling type.
According to the present invention having such a configuration, since the rotary electric machine is an oil-cooled type, it is possible to directly cool the coil or the like of the rotary electric machine, which generates a large amount of heat, with oil, and the rotary electric machine can be effectively used. Can be cooled.
本発明において、好ましくは、回転電気機械の冷却に使用される第1の冷却液体は、フッ素系液体である。
このように構成された本発明によれば、回転電気機械の冷却にフッ素系液体が使用されるので、より効果的に回転電気機械を冷却することができる。
In the present invention, preferably, the first cooling liquid used for cooling the rotating electric machine is a fluorinated liquid.
According to the present invention thus configured, since the fluorine-based liquid is used for cooling the rotating electric machine, the rotating electric machine can be cooled more effectively.
本発明において、好ましくは、回転電気機械はモータを含み、さらに、このモータの回転出力を減速する減速機構を有し、この減速機構は、モータと共に第1の冷却液体によって冷却される。 In the present invention, preferably, the rotary electric machine includes a motor, and further has a reduction mechanism that reduces the rotational output of the motor, and the reduction mechanism is cooled by the first cooling liquid together with the motor.
このように構成された本発明によれば、減速機構が、回転電気機械であるモータと共に第1の冷却液体によって冷却されるので、減速機構の冷却機構をモータと兼用にすることができ、車載用冷却装置を小型化することができる。 According to the present invention configured as described above, since the reduction mechanism is cooled by the first cooling liquid together with the motor that is the rotating electric machine, the cooling mechanism of the reduction mechanism can be used also as the motor. The cooling device for a vehicle can be downsized.
本発明において、好ましくは、回転電気機械はジェネレータを含み、さらに、このジェネレータに動力を付与する内燃機関を有する。
このように構成された本発明によれば、回転電気機械であるジェネレータに、内燃機関によって動力が付与されるので、外部電源を使用することなく電力を生成し、バッテリに充電を行うことができる。
In the present invention, preferably, the rotary electric machine includes a generator, and further has an internal combustion engine for powering the generator.
According to the present invention configured as described above, since power is applied to the generator, which is a rotary electric machine, by the internal combustion engine, it is possible to generate electric power and charge the battery without using an external power source. ..
本発明において、好ましくは、回転電気機械はモータ及びジェネレータを含み、さらに、モータの回転出力を減速する減速機構と、ジェネレータに動力を付与する内燃機関と、を有し、モータ、減速機構、内燃機関、及びジェネレータは、車両の幅方向に、この順序で配置されている。 In the present invention, preferably, the rotary electric machine includes a motor and a generator, and further includes a reduction mechanism that reduces the rotational output of the motor and an internal combustion engine that applies power to the generator. The engine and the generator are arranged in this order in the width direction of the vehicle.
このように構成された本発明によれば、車両の幅方向に、順に、モータ、減速機構、内燃機関、及びジェネレータが配置されているので、車両駆動装置と一体化された車載用冷却装置を、コンパクトに構成することができる。 According to the present invention having such a configuration, since the motor, the speed reduction mechanism, the internal combustion engine, and the generator are sequentially arranged in the width direction of the vehicle, the vehicle-mounted cooling device integrated with the vehicle drive device is provided. , Can be configured compactly.
本発明において、好ましくは、電力変換装置は、直流を交流に変換するインバータ、及び直流電圧を変換するDC−DCコンバータのうちの少なくとも1つを含む。 In the present invention, preferably, the power conversion device includes at least one of an inverter that converts direct current into alternating current and a DC-DC converter that converts direct current voltage.
このように構成された本発明によれば、電力変換装置がインバータ、及びDC−DCコンバータのうちの少なくとも1つを含むので、種々の車載用冷却装置に本発明を適用することができる。 According to the present invention configured as described above, the power conversion device includes at least one of an inverter and a DC-DC converter, so that the present invention can be applied to various vehicle-mounted cooling devices.
本発明の車載用冷却装置によれば、電気系統を収容するケースを一体化しながら、十分な冷却性能を得ることができる。 According to the vehicle-mounted cooling device of the present invention, it is possible to obtain sufficient cooling performance while integrating the case that houses the electric system.
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車載用冷却装置を説明する。
図1は、本発明の実施形態による車載用冷却装置を車両に搭載した状態を示す斜視図である。図2は、本発明の実施形態による車載用冷却装置を車両に搭載した状態を示す平面図である。図3は、本発明の実施形態による車載用冷却装置を示す斜視図である。図4は、本発明の実施形態による車載用冷却装置全体を示すブロック図である。
Next, a vehicle-mounted cooling device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a vehicle-mounted cooling device according to an embodiment of the present invention is mounted on a vehicle. FIG. 2 is a plan view showing a state in which the vehicle-mounted cooling device according to the embodiment of the present invention is mounted on a vehicle. FIG. 3 is a perspective view showing the vehicle-mounted cooling device according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram showing the entire vehicle-mounted cooling device according to the embodiment of the present invention.
まず、図1乃至図3を参照して、本実施形態による車載用冷却装置1における各構成の配置構造を説明する。
本実施形態による車載用冷却装置1は車両駆動装置と一体化されており、内燃機関2、モータ4、ジェネレータ6、電力変換装置ケース8a、及びモータ4の回転出力を減速する減速機構である減速ギア10が一体化されている。なお、後述するように、本実施形態においては、電力変換装置ケース8a内には、電力変換装置としてインバータ8b及び整流器8c(図6)が内蔵されている。また、図1及び図2に示すように、車載用冷却装置1は車体Bの前部に搭載されており、モータ4、減速ギア10、内燃機関2、ジェネレータ6が車両の車幅方向に、この順序で配置されている。また、本実施形態においては、後述するように、車両のドライブシャフト12(図2)は、モータ4の駆動力によって駆動され、内燃機関2の生成した動力により直接駆動されることはない。
First, the arrangement structure of each component in the vehicle-mounted cooling device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
The vehicle-mounted cooling device 1 according to the present embodiment is integrated with a vehicle drive device, and is a deceleration mechanism that is a deceleration mechanism that decelerates the rotational output of the
さらに、本実施形態による車載用冷却装置1は、内燃機関2を冷却するための内燃機関専用ラジエータ14、第1の冷却機構であるオイルクーラ18、及び第2の冷却機構である電力変換装置専用ラジエータ16を備えている。なお、電力変換装置専用ラジエータ16は電力変換装置を冷却するように構成され、オイルクーラ18はモータ4及びジェネレータ6を冷却するように構成されている。
Further, the vehicle-mounted cooling device 1 according to the present embodiment is provided with the internal
内燃機関2は、車両に積載された燃料を燃焼させることにより動力を生成するように構成されており、内燃機関2が生成した動力によりジェネレータ6の入力軸(図示せず)が駆動され、電力が生成される。ジェネレータ6によって生成された電力は、蓄電池であるリチウムイオンバッテリ20(図2)に電気エネルギーとして蓄積される。なお、本実施形態においては、内燃機関2としてロータリーエンジンが採用されている。
The
モータ4は、リチウムイオンバッテリ20に蓄積された電気エネルギーにより駆動される回転電気機械であり、車両のドライブシャフト12を駆動するように構成されている。モータ4の出力軸は、減速機構である減速ギア10の入力軸に接続され、モータ4の回転出力は、減速ギア10を介してドライブシャフト12を駆動する。また、モータ4は、車両の減速時においては、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに回生して、交流電力を生成するように構成されている。本実施形態においては、モータ4として交流駆動の永久磁石モータが採用されている。
The
ジェネレータ6は、内燃機関2が生成した動力により交流電力を生成するように構成された回転電気機械であり、その入力軸が内燃機関2の出力軸によって回転駆動される。ジェネレータ6によって生成された交流電力は、電力変換装置ケース8a内の整流器8cによって直流に変換され、リチウムイオンバッテリ20に蓄積される。
The
電力変換装置ケース8aは、電力変換装置として、リチウムイオンバッテリ20から供給された直流の電力を交流電力に変換するインバータ8b(図5)、ジェネレータ6によって生成された交流電力、及びモータ4によって回生された交流電力を、直流電力に変換する整流器8c(図5)を一体のケースに内蔵している。インバータ8bによって交流に変換された電力はモータ4に供給され、モータ4が駆動される。また、整流器8cによって直流に変換された電力はリチウムイオンバッテリ20に充電される。なお、電力変換装置ケース8aには、直流電圧を昇圧及び/又は降圧するDC−DCコンバータ(図示せず)や、ジャンクションボックス(図示せず)が内蔵されていても良い。
The power
また、電力変換装置ケース8aは、モータ4、減速ギア10、内燃機関2、及びジェネレータ6の上部に配置され、電力変換装置ケース8aと、モータ4のケース及びジェネレータ6のケースは、一体化されたケースを構成している。ここで、一般的には、モータ、ジェネレータ、及び電力変換装置は夫々独立したケースに収められ、それらのケースの間がワイヤハーネスによって電気的に接続される。これに対し、本実施形態の車載用冷却装置1では、モータ4、ジェネレータ6、及び電力変換装置ケース8aが一体化されており、それらを接続するためのワイヤハーネスは設けられていない。このため、電力変換装置ケース8aとモータ4、及び電力変換装置ケース8aとジェネレータ6は、一体化されたケースの内部に延びる導電体によって夫々接続される。
Further, the power
図2及び図3に示すように、内燃機関専用ラジエータ14は、内燃機関2よりも車両の前側に配置された平板状の熱交換器であり、車両が走行することにより走行風が熱交換器の板面に当たり、冷却液体の熱を大気に放散するように構成されている。また、内燃機関2と内燃機関専用ラジエータ14は、冷却液体用の配管(図示せず)で接続されており、内燃機関専用ラジエータ14と内燃機関2の間で冷却液体が循環するように構成されている。即ち、内燃機関2を冷却して温度上昇した冷却液体は、内燃機関専用ラジエータ14に送られ、ここで熱を放散して温度が低下した後、内燃機関2に戻される。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the internal combustion engine dedicated
電力変換装置専用ラジエータ16は、内燃機関専用ラジエータ14よりも車両の前側に配置された細長い平板状の熱交換器であり、車両の走行風が熱交換器の板面に当たり、冷却液体の熱を大気に放散するように構成されている。また、電力変換装置ケース8aと電力変換装置専用ラジエータ16は、流入管16aと流出管16bによって接続されており、冷却液体が循環するように構成されている。即ち、電力変換装置ケース8a内の電力変換装置を冷却して温度上昇した冷却液体は、流入管16aを介して電力変換装置専用ラジエータ16に流入する。流入した冷却液体は、電力変換装置専用ラジエータ16において熱を放散し、温度が低下した冷却液体が流出管16bを介して電力変換装置ケース8aに戻され、再び電力変換装置を冷却する。また、電力変換装置専用ラジエータ16は、内燃機関2、モータ4等の上方に配置された電力変換装置ケース8aとほぼ同じ高さに配置されているため、短い流入管16a及び流出管16bで電力変換装置専用ラジエータ16と電力変換装置ケース8aを接続することができる。
The power conversion device-dedicated
オイルクーラ18は、内燃機関専用ラジエータ14の下側に配置された細長い平板状の熱交換器であり、車両の走行風が熱交換器の板面に当たり、冷却液体の熱を大気に放散するように構成されている。オイルクーラ18とモータ4は流入管18aで接続され、オイルクーラ18とジェネレータ6は流出管18bで接続されている。さらに、ジェネレータ6とモータ4は、移送管18cによって接続されている。即ち、モータ4を冷却して温度上昇した冷却液体は、流入管18aを介してオイルクーラ18に流入する。流入した冷却液体は、オイルクーラ18において熱を放散し、温度が低下した冷却液体が流出管18bを介してジェネレータ6に戻され、ジェネレータ6が冷却される。ジェネレータ6を冷却した冷却液体は移送管18cを介してモータ4に送られ、モータ4が冷却される。
The
また、オイルクーラ18は、内燃機関専用ラジエータ14の下方に並べて配置されており、モータ4及びジェネレータ6のケースの下端と、オイルクーラ18の下端は、ほぼ同一の高さに位置している。これにより、短い流入管18a及び流出管18bでオイルクーラ18と、モータ4及びジェネレータ6を接続することができる。
Further, the
なお、図3に想像線で示すように、車両にエアコン(図示せず)が搭載されている場合には、エアコン用のラジエータ22は、車両の前後方向において、電力変換装置専用ラジエータ16と、内燃機関専用ラジエータ14の間に配置するのが良い。
As shown by an imaginary line in FIG. 3, when the vehicle is equipped with an air conditioner (not shown), the
次に、図4を参照して、本発明の実施形態の車載用冷却装置1における冷却液体及びエネルギーの流れを説明する。
上述したように、本実施形態の車載用冷却装置1は、車両駆動装置と一体化されており、車両を駆動するための動力を生成する内燃機関2、及び油冷式のモータ4を備えている。また、本実施形態においては、内燃機関2によって生成された動力は電気エネルギーとして、一旦、蓄電池であるリチウムイオンバッテリ20に蓄積される。即ち、内燃機関2が発生した回転軸動力により油冷式のジェネレータ6が駆動され、このジェネレータ6が生成した電力は、電力変換装置ケース8a内の整流器8c(図5)を介して蓄電池であるリチウムイオンバッテリ20に蓄積される。さらに、リチウムイオンバッテリ20に蓄積された電気エネルギーによりモータ4が駆動され、この駆動力が車両のドライブシャフト12に伝達されて車両が駆動される。一方、車両の制動時においては、車両の持っている運動エネルギーが、モータ4によって電気エネルギーとして回生され、電力変換装置ケース8a内の整流器8cを介してリチウムイオンバッテリ20に蓄積される。
Next, the flow of the cooling liquid and the energy in the vehicle-mounted cooling device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As described above, the vehicle-mounted cooling device 1 of the present embodiment is integrated with the vehicle drive device and includes the
また、モータ4及びジェネレータ6は油冷式であり、共通の冷却システムによって夫々冷却される。即ち、第1の冷却液体である油ベースの冷却液(ATF系冷媒)が、モータ4、ジェネレータ6、及び第1の冷却機構であるオイルクーラ18を循環しており、モータ4及びジェネレータ6が冷却される。図4に示すように、本実施形態においては、ジェネレータ6を冷却した冷却液体はモータ4へ送られ、モータ4を冷却して温度が上昇した温油がオイルクーラ18へ送られて冷却される。さらに、オイルクーラ18で冷却され、温度が低下した冷油がジェネレータ6へ戻され、ジェネレータ6、モータ4が冷却される。なお、モータ4及びジェネレータ6を冷却する冷却液体として、ハイドロフルオロエーテル等のフッ素系液体を使用することもできる。
The
これに対して、内燃機関2、及び電力変換装置ケース8a内の電力変換装置は水冷式であり、別々の冷却システムによって夫々冷却される。即ち、内燃機関2は内燃機関専用ラジエータ14によって冷却され、水ベースの冷却液(LLC系冷媒)が内燃機関2と内燃機関専用ラジエータ14の間で循環して内燃機関2が冷却される。また、電力変換装置ケース8a内の電力変換装置は第2の冷却機構である電力変換装置専用ラジエータ16によって冷却され、第2の冷却液体である水ベースの冷却液体が電力変換装置ケース8aと電力変換装置専用ラジエータ16の間で循環して電力変換装置が冷却される。即ち、電力変換装置を冷却して温度が上昇した温水が、電力変換装置専用ラジエータ16へ送られ、冷却される。さらに、電力変換装置専用ラジエータ16で冷却されて温度が低下した冷水が、電力変換装置ケース8aへ戻され、内部の電力変換装置が冷却される。
On the other hand, the
次に、図5及び図6を参照して、本実施形態の車載用冷却装置1におけるモータ4、ジェネレータ6、及び電力変換装置ケース8aの接続構造を説明する。
図5は、モータ4、ジェネレータ6、及び電力変換装置ケース8aの内部構造を示す断面図である。図6は、モータ4と電力変換装置ケース8aの接続部を拡大して示す拡大断面図である。
Next, the connection structure of the
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the internal structures of the
図5に示すように、モータ4は、モータケース4aと、このモータケース4aに収容されたロータ4b、及びステータ4cと、出力軸4dと、を有する。ロータ4bは水平方向に向けられた出力軸4dと結合され、モータケース4aに対して水平な軸線を中心に回転可能に支持されている。ステータ4cはモータケース4aに固定され、ステータ4cを構成するコイルに交流電流を流すことにより、ロータ4bを回転駆動するように構成されている。一方、減速時においては、車両の持つ運動エネルギーに基づいて出力軸4dが回転駆動される。これにより、出力軸4dと共にロータ4bも回転駆動されるので、ステータ4cには誘導電流が発生し、車両の運動エネルギーが電気エネルギーとして回生される。
As shown in FIG. 5, the
さらに、モータケース4a内には冷却液体が入れられており、この冷却液体の液面Lは、ロータ4bの下端とほぼ同一の高さに設定されている。このため、ロータ4bが回転されると、ロータ4bによって冷却液体が跳ね上げられ、モータケース4a内のステータ4cやロータ4bには冷却液体が掛けられる。この冷却液体によってステータ4c、ロータ4bの熱が奪われ、ステータ4c及びロータ4bが冷却される。また、本実施形態においては、モータケース4aに隣接して設けられた減速ギア10のケースとモータケース4aが連通しており、ケース内のギア(図示せず)も、モータ4と同じ冷却液体によって冷却される。なお、本実施形態においては、モータケース4a及び減速ギア10のケース内に冷却液体が直接入れられ、ステータ4c、ロータ4b、及びギアが冷却される。このため、モータケース内に冷却液体を流す配管を配置してステータやロータを冷却する構成に比べ、強力に冷却を行うことができる。
Further, a cooling liquid is contained in the
ジェネレータ6は、ジェネレータケース6aと、このジェネレータケース6aに収容されたロータ6b、及びステータ6cと、入力軸6dと、を有する。ロータ6bは水平方向に向けられた入力軸6dと結合され、ジェネレータケース6aに対して水平な軸線を中心に回転可能に支持されている。ステータ6cはジェネレータケース6aに固定され、内燃機関2の駆動力によりロータ6bが回転駆動されると、ステータ6cを構成するコイルに誘導電流が流れ、交流電力が生成されるように構成されている。
The
さらに、ジェネレータケース6a内には冷却液体が入れられており、この冷却液体の液面Lは、ロータ6bの下端とほぼ同一の高さに設定されている。このため、ロータ6bが回転されると、ロータ6bによって冷却液体が跳ね上げられて、ジェネレータケース6a内のステータ6cやロータ6bにかかり、冷却液体によって熱が奪われる。これにより、ステータ6c及びロータ6bが冷却される。また、モータケース4a内の冷却液体の液面Lと、ジェネレータケース6a内の液面Lは、ほぼ同一の高さに設定されている。
Further, the cooling liquid is contained in the
なお、ジェネレータケース6a内の冷却液体は、オイルポンプ(図示せず)によって移送管18cを介してモータケース4aに移送される。さらに、モータケース4a内の冷却液体は、オイルポンプ(図示せず)によって流入管18aを介してオイルクーラ18に送られ、オイルクーラ18において冷却された冷却液体は、流出管18bを介してジェネレータケース6a内に戻される。
The cooling liquid in the
電力変換装置ケース8a内には、インバータ8b及び整流器8cが収容され、電駆系ユニットとして一体化されている。これらインバータ8b及び整流器8cは、スイッチング用のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、MOSFET(MOS型電界効果トランジスタ)や、整流用のダイオード(以上、図示せず)等の電力用半導体素子を含む回路基板から構成されている。なお、車両の電駆系の構成によっては、電力変換装置ケース8a内に、直流電圧を変換するDC−DCコンバータを備えていても良い。
An
さらに、回路基板上の電力用半導体素子は作動と共に熱を発生するので、これを冷却するために、電力変換装置ケース8a内には冷却液室8dが設けられている。この冷却液室8dには流入管16a及び流出管16bが接続されており、冷却液室8dと電力変換装置専用ラジエータ16(図3)の間で、オイルクーラ18を循環している冷却液体とは異なる冷却液体が循環されている。このように、冷却液室8d内に冷却液体を循環させることにより、冷却液室8dがウォータージャケットとして作用し、電力変換装置ケース8a内のインバータ8b及び整流器8cが冷却される。また、冷却液室8d内に効率良く冷却液体を流すことができるように、冷却液室8d内の壁面は平坦に形成されている。
Furthermore, since the power semiconductor element on the circuit board generates heat as it operates, a cooling
また、電力変換装置ケース8a底面の一方の端部は、モータ4のモータケース4aの上端部に締結・固定され、一体化されている。さらに、電力変換装置ケース8a底面の他方の端部は、減速ギア10及び内燃機関2を跨いで、ジェネレータ6のジェネレータケース6aの上端部に締結・固定され、一体化されている。このように、本実施形態においては、別体に構成された電力変換装置ケース8a、モータケース4a、及びジェネレータケース6aを夫々締結して、一体化されたケースが構成されているが、これらのケースの一部又は全部を一体成形しても良い。
Further, one end of the bottom surface of the
ここで、上記のように、リチウムイオンバッテリ20から供給された電力は、電力変換装置ケース8a内のインバータ8bを介してモータ4に供給される。このため、インバータ8bからモータ4に電力を供給するための導電体である複数のバスバー24が、一体化されたモータケース4aと電力変換装置ケース8aの内部に延びている。また、モータ4によって回生された交流電力は、整流器8cを介してリチウムイオンバッテリ20に充電される。このため、一体化されたモータケース4aと電力変換装置ケース8aの内部に延びるバスバー24は、モータ4によって回生された交流電力を整流器8cに供給する際にも使用される。これにより、モータ4と電力変換装置の間で電力の授受を行うための、モータケース4a及び電力変換装置ケース8aの外部を通るハーネス等は、設けられていない。
Here, as described above, the electric power supplied from the
同様に、ジェネレータ6によって生成された交流電力は、電力変換装置ケース8a内の整流器8cを介してリチウムイオンバッテリ20に充電される。このため、ジェネレータ6によって生成された交流電力を整流器8cに供給するための導電体である複数のバスバー26(1本のみ図示)も、一体化されたジェネレータケース6aと電力変換装置ケース8aの内部に延びている。これにより、ジェネレータ6と電力変換装置(整流器8c)の間で電力の授受を行うための、ジェネレータケース6a及び電力変換装置ケース8aの外部を通るハーネス等は、設けられていない。
Similarly, the AC power generated by the
次に、図6を参照して、モータ4のモータケース4aと、電力変換装置ケース8aの接続部等の構造を説明する。
なお、以下では、モータケース4aと電力変換装置ケース8aの接続部の構造を説明するが、ジェネレータケース6aと電力変換装置ケース8aの接続部も同様に構成されている。
Next, with reference to FIG. 6, the structure of the
Although the structure of the connecting portion between the
図6に示すように、電力変換装置ケース8aの底面の一端部には、電力変換装置ケース8aとモータケース4aを接続するための、電力変換装置側の接続面28aが設けられている。一方、モータケース4aの、減速ギア10側の上端部には、モータケース4aと電力変換装置ケース8aを接続するための、モータ側の接続面30aが設けられている。これら電力変換装置側の接続面28aとモータ側の接続面30aの間には、これらの接続面の間に異物が混入するのを防止するためのシーリング材であるOリング32が配置されている。
As shown in FIG. 6, at one end of the bottom surface of the power
さらに、モータケース4aの内部にはバスバー24を通すための連結通路30bが設けられており、この連結通路30bは、モータケース4aの内部から接続面30aまでクランク状に延びて、接続面に開口している。即ち、連結通路30bは、ロータ4bやステータ4cが収容されている、第1の空間であるモータケース4aの内部空間30cと、接続面30aの開口を連通させるように構成されている。バスバー24は、その一端がモータケース4aの内部空間30c内のステータ4cに接続されており、電力変換装置ケース8a内へ延びている。
Further, a
同様に、電力変換装置ケース8aの内部には、バスバー24を通すための連結通路28bが設けられており、この連結通路28bは、電力変換装置ケース8aの内部から接続面28aまで延びて、接続面に開口している。即ち、連結通路28bは、インバータ8bや整流器8cが収容されている、第2の空間である電力変換装置ケース8aの内部空間28cと、接続面28aの開口を連通させるように構成されている。このように、電力変換装置ケース8aの内部空間28cは、モータケース4aの内部空間30cよりも上方に設けられており、電力変換装置ケース8aの内部空間28cには、インバータ8b、整流器8c等が配置されている。モータケース4aの内部から延びるバスバー24は、連結通路28bを通って電力変換装置ケース8aの内部空間28cに入り、内部空間28c内に収容されているインバータ8b、整流器8c等の回路に接続される。
Similarly, a
また、上述したように、電力変換装置ケース8aの内部には冷却液室8dが形成されており、この冷却液室8dは、インバータ8bや整流器8cを収容している内部空間28cの下側に設けられている。ここで、インバータ8b、整流器8c等に設けられている電力用半導体素子(図示せず)は、内部空間28cと冷却液室8dを隔てるように配置された金属板28dの上面に接触するように固定されている。このため、電力用半導体素子の熱は、金属板28dを介して冷却液室8d内の冷却液体に効率良く伝達され、インバータ8b、整流器8c等を効率良く冷却することができる。また、本実施形態において、金属板28dの下側面には、下方に向けて突出するように形成された多数の円柱が設けられている。これらの円柱により、金属板28dと冷却液室8d内の冷却液体の接触面積を大きくすることができ、金属板28dに取り付けられた電力用半導体素子を効率良く冷却することができる。また、金属板28dの下側面に形成された円柱により、冷却液室8d内の冷却液体の流れを乱流にすることができ、金属板28dから冷却液体へ、更に効率良く熱を伝えることができる。
Further, as described above, the cooling
このように、複数のバスバー24が、モータケース4a及び電力変換装置ケース8aを一体化して形成されたケースの内部を通って延び、モータ4(のステータ4c)と電力変換装置ケース8a内のインバータ8b、整流器8c等を電気的に接続する。また、各バスバー24は、クランク状に延びる連結通路30bを通るように、直線状の細長い導電体のプレートを複数結合することにより形成されている。なお、直線状のプレート同士の結合部は露出されているが、プレート同士を締結した後、カバーが取り付けられる。また、各バスバー24は、各バスバー間での放電を防止するために、樹脂製の絶縁材で覆われており、バスバー24相互間での絶縁性が確保されている。
In this way, the plurality of
さらに、連結通路30bの内部に沿って、樹脂製のシール部材34が配置されており、電力変換装置ケース8aの内部空間28cと、モータケース4aの内部空間30cの間がシールされている。即ち、シール部材34は、弾性変形可能な樹脂材で成形されており、連結通路30bの内壁面とシール部材34の間、及び各バスバー24の外周面とシール部材34の間が、夫々液密的にシールするように構成されている。なお、本実施形態において、バスバー24は、電力変換装置ケース8aの連結通路28bから内部空間28c内へ直接延びているが、バスバー24が冷却液室8dを貫通して内部空間28c内へ延びるように本発明を構成することもできる。この構成においても、バスバー24の周囲をシール部材によってシールしておくことで、冷却液室8d内の冷却液体と、モータケース4a内の冷却液体が混合されるのを抑制することができる。
Further, a
このように、各バスバー24の周囲をシール部材34によってシールすることにより、モータ4のステータ4cが収容されている内部空間30c内を冷却するための冷却液体が、連結通路30bを通って電力変換装置ケース8aの内部空間28cに侵入するのを抑制することができる。また、電力変換装置ケース8a内に設けられた冷却液室8d内の冷却液体が、破損等により万一漏れた場合にも、冷却液体がモータケース4aの内部空間30cに侵入するのを抑制することができる。即ち、電力変換装置ケース8aの冷却液室8d内の水ベースの冷却液体が漏れて、モータケース4a内の油ベースの冷却液体と混合されるのを抑制することができる。さらに、電力変換装置ケース8aは、冷却液室8d内に循環されている冷却液体によって冷却されているので、連結通路28b等の内壁面に結露が発生する場合がある。このような場合であっても、結露によって生じた水がモータケース4aの内部空間30cに侵入するのを、シール部材34によって抑制することができる。
In this way, by sealing the periphery of each
なお、本実施形態において、バスバー24は、電力変換装置ケース8aの連結通路28bから内部空間28c内へ直接延びているが、バスバー24が冷却液室8dを貫通して内部空間28c内へ延びるように本発明を構成することもできる。この構成においても、バスバー24の周囲をシール部材によってシールしておくことで、冷却液室8d内の冷却液体と、モータケース4a内の冷却液体が混合されるのを抑制することができる。
In the present embodiment, the
本発明の実施形態の車載用冷却装置1によれば、回転電気機械であるモータ4及びジェネレータ6、及び電力変換装置であるインバータ8b及び整流器8cが、夫々異なる冷却液体によって冷却される(図4)。このため、空冷される場合に比べ強力に冷却を行うことができる。また、回転電気機械と電力変換装置を電気的に接続するバスバーが、一体化されたモータケース4a、ジェネレータケース6a、及び電力変換装置ケース8aの内部に延びている(図5、図6)。この結果、回転電気機械と電力変換装置を接続するためにケース外部にハーネスを設ける必要がなく、ハーネスによる重量の増加や、コストアップを回避することができる。また、本実施形態によれば、シール部材34が、回転電気機械用の冷却液体と、電力変換装置用の冷却液体が混合されるのを抑制する(図6)。このため、回転電気機械と電力変換装置を一体化されたケースに収容しながら、冷却液体が漏れた場合等に、第1、第2の冷却液体が混合され、故障の原因となるのを抑制することができる。
According to the vehicle-mounted cooling device 1 of the embodiment of the present invention, the
また、本実施形態の車載用冷却装置1によれば、電力変換装置ケース8aの内部空間28cが、モータケース4aの内部空間30cよりも上方に設けられている(図6)ので、一般に、重量の大きいモータ4等の回転電気機械を下側に配置することができ、車載用冷却装置1を安定して配置することができる。
In addition, according to the vehicle-mounted cooling device 1 of the present embodiment, the
さらに、本実施形態の車載用冷却装置1によれば、回転電気機械であるモータ4及びジェネレータ6が油冷式である(図4)ので、コイル等を油で直接冷却することが可能になり、効果的に回転電気機械を冷却することができる。
Further, according to the vehicle-mounted cooling device 1 of the present embodiment, the
また、本実施形態の車載用冷却装置1によれば、減速ギア10が、回転電気機械であるモータ4と同一の冷却液体によって冷却される(図5)ので、減速ギア10の冷却機構をモータ4と兼用にすることができ、車載用冷却装置1を小型化することができる。
In addition, according to the vehicle-mounted cooling device 1 of the present embodiment, the
さらに、本実施形態の車載用冷却装置1によれば、回転電気機械であるジェネレータ6に、内燃機関2によって動力が付与される(図4)ので、外部電源を使用することなく電力を生成し、リチウムイオンバッテリ20に充電を行うことができる。
Furthermore, according to the vehicle-mounted cooling device 1 of the present embodiment, the
また、本実施形態の車載用冷却装置1によれば、車両の幅方向に、順に、モータ4、減速ギア10、内燃機関2、及びジェネレータ6が配置されている(図2)ので、車両駆動装置と一体化された車載用冷却装置1を、コンパクトに構成することができる。
Further, according to the vehicle-mounted cooling device 1 of the present embodiment, the
以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。上述した実施形態においては、車載用冷却装置1は、車両駆動装置と一体化されており、回転電気機械としてモータを備えていたが、車両を駆動する機能を有しない車載用冷却装置に本発明を適用することができる。即ち、本発明は、内燃機関を備えない車載用冷却装置にも適用することができ、また、ジェネレータ及びモータの何れか一方を備えた車載用冷却装置に適用することもできる。また、上述した実施形態においては、内燃機関はジェネレータを駆動し、ドライブシャフトが内燃機関によって直接駆動されることはないが、内燃機関の動力によってドライブシャフトが駆動される車載用冷却装置に本発明を適用することもできる。また、バッテリが専ら外部電源によって充電される車載用冷却装置に本発明を適用することもできる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, various modifications can be made to the above-described embodiments. In the above-described embodiment, the vehicle-mounted cooling device 1 is integrated with the vehicle drive device and includes the motor as the rotating electric machine, but the vehicle-mounted cooling device 1 does not have a function of driving the vehicle. Can be applied. That is, the present invention can be applied to a vehicle-mounted cooling device that does not include an internal combustion engine, and can also be applied to a vehicle-mounted cooling device that includes either a generator or a motor. Further, in the above-described embodiment, the internal combustion engine drives the generator, and the drive shaft is not directly driven by the internal combustion engine, but the present invention is applied to the vehicle-mounted cooling device in which the drive shaft is driven by the power of the internal combustion engine. Can also be applied. The present invention can also be applied to a vehicle-mounted cooling device in which a battery is charged exclusively by an external power source.
1 車載用冷却装置
2 内燃機関
4 モータ(回転電気機械)
4a モータケース
4b ロータ
4c ステータ
4d 出力軸
6 ジェネレータ(回転電気機械)
6a ジェネレータケース
6b ロータ
6c ステータ
6d 入力軸
8a 電力変換装置ケース
8b インバータ(電力変換装置)
8c 整流器(電力変換装置)
8d 冷却液室
10 減速ギア(減速機構)
12 ドライブシャフト
14 内燃機関専用ラジエータ
16 電力変換装置専用ラジエータ(第2の冷却機構)
16a 流入管
16b 流出管
18 オイルクーラ(第1の冷却機構)
18a 流入管
18b 流出管
18c 移送管
20 リチウムイオンバッテリ
22 ラジエータ
24 バスバー(導電体)
26 バスバー(導電体)
28a 接続面
28b 連結通路
28c 内部空間(第2の空間)
28d 金属板
30a 接続面
30b 連結通路
30c 内部空間(第1の空間)
32O リング
34 シール部材
1 In-
6a Generator
8c Rectifier (power converter)
12
26 bus bar (conductor)
28d Metal plate
32
Claims (8)
ケースと、
このケースの内部の第1の空間内に収容された回転電気機械と、
上記ケースの内部の、上記第1の空間とは異なる第2の空間内に収容された電力変換装置と、
上記第1の空間内の上記回転電気機械を、第1の冷却液体を使用して冷却する第1の冷却機構と、
上記第2の空間内の上記電力変換装置を、上記第1の冷却液体とは異なる第2の冷却液体を使用して冷却する第2の冷却機構と、
上記回転電気機械と上記電力変換装置を電気的に接続するように、上記ケースの内部に延びる導電体と、
上記第1の空間と上記第2の空間の間をシールするシール部材と、を有し、
上記シール部材は、上記第1の空間内の上記第1の冷却液体と、上記第2の空間内の上記第2の冷却液体が混合されるのを抑制することを特徴とする車載用冷却装置。 A cooling device for cooling an electric system of a vehicle,
A case,
A rotating electric machine housed in a first space inside the case;
A power conversion device housed in a second space inside the case, which is different from the first space;
A first cooling mechanism for cooling the rotating electric machine in the first space using a first cooling liquid;
A second cooling mechanism that cools the power conversion device in the second space by using a second cooling liquid different from the first cooling liquid;
A conductor extending inside the case so as to electrically connect the rotating electric machine and the power conversion device,
A seal member that seals between the first space and the second space,
The seal member suppresses mixing of the first cooling liquid in the first space and the second cooling liquid in the second space with each other. ..
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