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技術 車載駆動装置

出願人 日産自動車株式会社
発明者 横山敦明清水宏文星加誠司
出願日 2015年5月20日 (6年6ヶ月経過) 出願番号 2015-102527
公開日 2016年12月22日 (4年11ヶ月経過) 公開番号 2016-220385
状態 特許登録済
技術分野 電動機、発電機の外枠 電動機、発電機の冷却
主要キーワード 部品体 製造室内 製造室 重量部品 車両空間 車載レイアウト 電子部品群 電動機ハウジング
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年12月22日)のものです。
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図面 (10)

課題

車両の急制動時等であっても電動機の前傾量を低減することのできる車載駆動装置を提供する。

解決手段

本発明の車載駆動装置1は、車両にマウントされた電動機3と、複数の構成部品によって電源からの電力を変換して電動機3に供給するための電力を出力する電力変換部5とを備え、電力変換部5を電動機3の外周上部に配置し、電力変換部5の複数の構成部品のうち質量の大きい平滑コンデンサ23を他の部品と平行かつ電動機3の車両後方側に配置する。

概要

背景

従来では、電動機の直上にインバータを搭載した構造の回転電機システムとして特許文献1が開示されている。このような構造の回転電機システムでは、インバータを構成するパワーモジュール平滑コンデンサ制御基板等の複数の部品が垂直に積層して搭載されていた。

概要

車両の急制動時等であっても電動機の前傾量を低減することのできる車載駆動装置を提供する。本発明の車載駆動装置1は、車両にマウントされた電動機3と、複数の構成部品によって電源からの電力を変換して電動機3に供給するための電力を出力する電力変換部5とを備え、電力変換部5を電動機3の外周上部に配置し、電力変換部5の複数の構成部品のうち質量の大きい平滑コンデンサ23を他の部品と平行かつ電動機3の車両後方側に配置する。

目的

本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、車両の急制動時等であっても電動機の前傾量を低減することのできる車載駆動装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

車両にマウントされた電動機と、複数の構成部品によって電源からの電力を変換して前記電動機に供給するための電力を出力する電力変換部とを備え、前記電力変換部は前記電動機の外周上部に配置され、前記電力変換部の複数の構成部品のうち質量の大きい重量部品を、他の構成部品と平行かつ前記電動機の車両後方側に配置したことを特徴とする車載駆動装置

請求項2

前記電力変換部の複数の構成部品は、上面が平坦となるように配置されたことを特徴とする請求項1に記載の車載駆動装置。

請求項3

前記重量部品は、前記電動機の外周に沿った形状であることを特徴とする請求項2に記載の車載駆動装置。

請求項4

前記重量部品は、車両の車輪軸上に配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の車載駆動装置。

請求項5

前記電力変換部の複数の構成部品は、冷却流路が内部に形成された支持部材上に搭載され、前記支持部材を前記電動機に固定したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の車載駆動装置。

技術分野

0001

本発明は、電動機と電力変換部とを一体に形成した車載駆動装置に関する。

背景技術

0002

従来では、電動機の直上にインバータを搭載した構造の回転電機システムとして特許文献1が開示されている。このような構造の回転電機システムでは、インバータを構成するパワーモジュール平滑コンデンサ制御基板等の複数の部品が垂直に積層して搭載されていた。

先行技術

0003

特開2011−182480号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上述した従来の回転電機システムでは、インバータを構成する複数の部品が垂直に積層して搭載されているので、装置全体の高さが高くなってしまう。特に、比較的質量の大きい平滑コンデンサを装置の上部に設置すると、電動機は最下部で車載マウントされるので、平滑コンデンサに起因するマウント回りのモーメントが大きくなり、車両の急制動時等に電動機の前傾量が過大になってしまうという問題点があった。

0005

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、車両の急制動時等であっても電動機の前傾量を低減することのできる車載駆動装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る車載駆動装置は、車両にマウントされた電動機と、複数の構成部品によって電源からの電力を変換する電力変換部とを備えている。そして、電力変換部は電動機の外周上部に配置され、電力変換部の複数の構成部品のうち質量の大きい重量部品を、他の構成部品と平行かつ電動機の車両後方側に配置する。

発明の効果

0007

本発明によれば、装置全体の高さを低く抑えることができ、特に質量の大きい部品の位置を低くできるので、車両の急制動時等であっても電動機の前傾量を低減することができる。

図面の簡単な説明

0008

図1は、本発明の第1実施形態に係る車載駆動装置の構造を示す分解斜視図である。
図2は、本発明の第1実施形態に係る車載駆動装置の構造を示す断面図である。
図3は、本発明の第1実施形態に係る車載駆動装置の支持部材の構造を示す図であり、図3(a)は分解斜視図、図3(b)は裏面図である。
図4は、本発明の第1実施形態の変形例に係る車載駆動装置の構造を示す断面図である。
図5は、本発明の第1実施形態に係る車載駆動装置の効果を説明するための図である。
図6は、本発明の第1実施形態に係る車載駆動装置の効果を説明するための図である。
図7は、本発明の第2実施形態に係る車載駆動装置の構造を示す分解斜視図である。
図8は、本発明の第2実施形態に係る車載駆動装置の構造を示す断面図である。
図9は、本発明の第2実施形態に係る車載駆動装置の構造を示す断面図である。

実施例

0009

以下、本発明を適用した第1及び第2実施形態について図面を参照して説明する。

0010

[第1実施形態]
[車載駆動装置の構造]
図1は本実施形態に係る車載駆動装置の構造を示す分解斜視図であり、図2は断面図である。図1、2に示すように、本実施形態に係る車載駆動装置1は、電動機3と、電力変換部5と、支持部材7とを備えている。

0011

電動機3は、例えば3相交流同期型モータであり、主に電動機ハウジング11と、エンドプレート13と、上面プレート15とから外形形状が形成され、下端で車両にマウントされている。そして、電動機3の出力軸減速機17に接続されている。

0012

電動機ハウジング11には、電力変換部5と支持部材7とを収容するための収容部19が形成されている。この収容部19は、電動機ハウジング11の上部に、電動機ハウジング11と一体に形成された収容ケースであり、電力変換部5と支持部材7を内部に収容して上面プレート15で封止される。また、電動機ハウジング11の外周には冷却流路21が形成されており、冷却水を流して電動機3を冷却する。冷却水は、支持部材7から電動機ハウジング11へ流入し、電動機ハウジング11の外周全体循環して電動機3を冷却した後に電動機3の外部に流出する。

0013

電力変換部5は、平滑コンデンサ23やパワーモジュール25、これらを接続するバスバ27の他に、例えば電流センサや制御基板、ハーネス等の複数の部品によって構成されたインバータである。この電力変換部5は、電源からの電力を変換して電動機3に供給するための電力を出力する。具体的には、車両の駆動用高電圧バッテリからジャンクションボックスを介して給電された直流電流を、パワー半導体によって3相交流電流に変換して電動機3に供給する。この3相交流電流は、モータ回転数に同期した周波数目標トルクに応じた値の電流であり、PWM信号によって半導体スイッチング素子スイッチングすることによって生成される。

0014

また、電力変換部5の複数の構成部品のうち質量の大きい重量部品を、他の部品と平行かつ電動機3の車両後方側に配置する。本実施形態では、平滑コンデンサ23を重量部品とし、図1、2に示すようにパワーモジュール25等の他の部品と平行かつ電動機3の車両後方側に配置する。尚、重量部品は最も質量の大きい部品であることが好ましいが、それに限定する必要はなく、他の部品と比較して質量が大きければよい。例えば、本実施形態では、平滑コンデンサ23が最も好ましいが、パワーモジュール25であってもよい。

0015

さらに、本実施形態では、重量部品である平滑コンデンサ23を車両の車輪軸上に配置する。図2に示すように、電力変換部5の複数の構成部品は平行に配置されるので、車両後方側に配置される平滑コンデンサ23は電動機3の後方張り出して配置されることになる。一方、電動機3の出力軸は減速機17を介して車両の車輪軸に接続されるので、車輪軸は電動機3の近くを通す必要がある。そこで、電動機3の後方に張り出した平滑コンデンサ23の下を車輪軸が通るように設置すれば、車両空間を効率良く利用することができる。

0016

支持部材7は、電力変換部5を表面に搭載して電動機3の電動機ハウジング11に固定される部材であり、例えば鋳物冷却器である。図3に示すように、支持部材7は平板状の形状をしており、表面上に電力変換部5が搭載されたサブアセンブリ構造をしている。支持部材7の内部には、電動機3の冷却流路21に接続される冷却流路29が形成されている。この冷却流路29は、支持部材7の裏面全体に設けられた凹んだ空間に、底板31を封止することによって形成される。冷却流路29は、仕切板を互い違いに設けることによって、溝状の流路が左右に往復する形状になっている。ただし、冷却流路29の形状は仕切板の配置を変更することによって自由に変更することが可能であり、また仕切板を設けなくてもよい。

0017

冷却水は、支持部材流路入口33から流入して冷却流路29を左右に往復しながら流れ、支持部材7の中央付近でパワーモジュール流路入口35からパワーモジュール25へ流入する。パワーモジュール25内を流れた冷却水は、パワーモジュール流路出口37から冷却流路29へ戻り、再び冷却流路29を左右に往復しながら流れた後に支持部材流路出口39を通じて支持部材7から流出する。この後、支持部材7から流出した冷却水は電動機3へ流入して電動機3の冷却に利用される。

0018

ここで、支持部材7のパワーモジュール流路入口35及びパワーモジュール流路出口37は、パワーモジュール25の冷却流路の位置に合わせて設けられた開口部である。したがって、パワーモジュール25の構造が変更されて冷却流路の位置が変更されると、変更されたパワーモジュール内の冷却流路の位置に合わせてパワーモジュール流路入口35及びパワーモジュール流路出口37の位置も変更される。同様に、電動機3の構造が変更された場合には、電動機3の冷却流路21の入口の位置に合わせて、支持部材流路出口39の位置が変更される。

0019

従来では、パワーモジュールや電動機の構造が変更されると、それに合わせてパワーモジュールと電動機の冷却流路を接続するために別途配管を設計する必要があり、製造上非常に負担が大きかった。しかし、本実施形態では、パワーモジュールや電動機の構造が変更されても、支持部材7の中に冷却流路29が形成されているので、支持部材7に開ける穴の位置を変更するだけで冷却流路を接続することができる。したがって、設計負担を軽減することができ、汎用性を非常に高めることができる。例えば、パワーモジュール25の構造が変更された場合には、パワーモジュール流路入口35及びパワーモジュール流路出口37の位置を変更すればよいし、電動機3の構造が変更された場合には支持部材流路出口39の位置を変更すればよい。

0020

[車載駆動装置の製造工程]
次に、本実施形態に係る車載駆動装置1の製造工程を説明する。本実施形態に係る車載駆動装置1の製造工程では、まず支持部材7に電力変換部5を搭載する。支持部材7上には、平滑コンデンサ23やパワーモジュール25、その他の電子部品群、例えば電流センサや制御基板等が搭載され、各部を接続するバスバ27やハーネス等が取り付けられる。この際、支持部材7とパワーモジュール25との間の冷却流路の接続は、面シール等で行えばよい。

0021

通常、電子部品を取り扱う場合には、コンタミネーション静電気を防止するため、室内管理を機械部品より格段に厳しくする必要がある。従来では、電動機に電子部品を直接搭載していたので、電動機の製造室で電子部品を搭載する必要があり、それによって電動機の製造工程の中にコンタミネーションや静電気の対策を講じる必要のある工程が増加していた。

0022

しかし、本実施形態では、支持部材7に電子部品を搭載しているので、電子部品を搭載する工程を、電動機の製造室とは別の室内、例えばインバータの製造室で製造することが可能となる。インバータの製造室は予めコンタミネーションや静電気の対策が施されているので、新たに対策を講じる必要はなく、対策が必要となる工程の増加を防止することができる。

0023

この後、インバータの製造室を出る際には、支持部材7に簡易的なカバーをかけてコンタミネーションや静電気を防げばよい。そして、電動機の製造室内では、特別に仕切られた小部屋を用意し、この小部屋内で簡易的なカバーを外して、電動機ハウジング11の収容部19の上方から支持部材7を挿入して組み付ける。この際、全体の組み付けと同時に、面シール等で水密性を確保しながら冷却流路の接続も行う。そして、最後に上面プレート15をボルト締めすれば、本実施形態に係る車載駆動装置1の製造工程が完了する。

0024

[変形例]
次に、図4を参照して本実施形態に係る車載駆動装置の変形例を説明する。図4(a)に示すように、電動機3の後方に、例えば車輪軸やステアリング機構等の部品がない場合に、後方に配置した平滑コンデンサ23を電動機3の外周に沿って配置してもよい。このとき図4(b)に示すように、平滑コンデンサ23とパワーモジュール25の位置を入れ替えてもよい。

0025

尚、小型の電動機では出力軸の方向にパワーモジュールと平滑コンデンサを並べて配置できる場合があるが、出力が大きくなると、パワーモジュールと平滑コンデンサの部品体格が大きくなり、出力軸の方向に並べることが難しくなる。そこで、そのような場合にはパワーモジュール25と平滑コンデンサ23を図4に示すように配置すれば効果的である。

0026

[第1実施形態の効果]
次に、図5を参照して、本実施形態に係る車載駆動装置1による作用効果を説明する。図5は、車両の急制動時における車載駆動装置の前傾量を示す図であり、図5(a)は本実施形態の車載駆動装置の場合、図5(b)は比較例の車載駆動装置の場合である。比較例の車載駆動装置は、電力変換部を構成する部品を垂直に積層している。

0027

図5に示すように、本実施形態の車載駆動装置1及び比較例の車載駆動装置50は、電動機の下端となるマウント位置Mで車両にマウントされている。車両の急制動時には、車載駆動装置1、50はマウント位置Mの回りに前傾し、前傾量は制動時の負の加速度と車載駆動装置1、50の慣性モーメントに比例する。慣性モーメントは、回転中心すなわちマウント位置Mからの距離とその部位の質量に比例する。

0028

図5(b)に示すように、比較例では、平滑コンデンサ23のような質量の大きな部品が上層部、すなわちマウント位置Mから離れて配置されているので、慣性モーメントが大きくなってしまう。したがって、比較例では、制動時の前傾量が大きくなってしまうという問題点があった。

0029

これに対して、本実施形態では、図5(a)に示すように平滑コンデンサ23を、パワーモジュール25等の他の部品と平行に配置しているので、装置の高さが低くなってマウント位置Mからの距離を短くできる。さらに、電動機3の車両後方側に平滑コンデンサ23を配置したので、制動時に前傾した場合の車載駆動装置1の最前部の移動距離を小さくすることができる。したがって、本実施形態の場合における車載駆動装置1の前傾量θ1は、比較例の場合の前傾量θ2よりも小さくなる。

0030

次に、図6を参照して、本実施形態に係る車載駆動装置1による別の作用効果を説明する。図6は、車両の車輪軸と車載駆動装置の配置を示す図であり、図6(a)は本実施形態の車載駆動装置の場合、図6(b)は比較例の車載駆動装置の場合である。比較例の車載駆動装置は、電力変換部を構成する部品を垂直に積層している。

0031

図6に示すように、電動機3の出力軸61は減速機17に連結され、減速機17で出力軸61の回転を減速して車両の車輪軸63に伝える。車輪軸63は、出力軸61に対してオフセットされた位置にあり、差動装置を介して車輪(タイヤ)に動力を伝える。車輪軸63は電動機3の後方に配置されているので、減速機17は電動機3に対して車両の後方に張り出すことになる。

0032

図6(b)に示すように、比較例では、減速機17は電動機3の後方に張り出しているが、平滑コンデンサ23やパワーモジュール25は電動機3の上に積層されているので、上方に張り出している。すなわち、平滑コンデンサ23等の部品が減速機17と別方向に張り出しているので、他の車載装置干渉する等の理由で車載レイアウトが難しくなり、車両空間を効率良く利用することができない。特に、車輪軸63の上部の空間が利用できずに、無駄な空間となっていた。

0033

一方、図6(a)に示すように、本実施形態では、平滑コンデンサ23が車両の後方に張り出しているので、その下に車輪軸63を通すことができる。これにより、装置全体の高さを低くできるとともに、減速機17と平滑コンデンサ23が同じ方向に張り出しているので、装置全体がまとまった構造になる。これにより車載レイアウトがし易くなり、車両空間を効率良く利用することができる。

0034

また、平滑コンデンサ23は、電動車駆動用の強電バッテリからパワーモジュール25への給電ラインに配置されて、給電電流重畳するリプル電流を平滑するものである。したがって、電動機3を車両の前置きとした場合、平滑コンデンサ23を電動機3の後方側に配置すると、車両の床下(電動機3の後方)に配置された強電バッテリから配策される給電ケーブルを短くすることができる。

0035

以上詳細に説明したように、本実施形態に係る車載駆動装置1では、電力変換部5を電動機3の外周上部に配置し、電力変換部5の複数の構成部品のうち質量の大きい重量部品を他の構成部品と平行かつ電動機3の車両後方側に配置する。これにより、図6(a)、(b)に示すように、本実施形態では比較例に対して装置全体の高さを低く抑えることができ、特に質量の大きい重量部品の位置を低くできるので、車両の制動時において電動機の前傾量を低減することができる。

0036

また、本実施形態に係る車載駆動装置1では、重量部品である平滑コンデンサ23を車両の車輪軸63上に配置する。これにより、減速機17と平滑コンデンサ23が同じ方向に張り出して装置全体がまとまった構造になるので、車載レイアウトがし易くなり、車両空間を効率良く利用することができる。さらに、強電バッテリから配策される給電ケーブルを短くすることができる。

0037

また、本実施形態に係る車載駆動装置1では、冷却流路29が内部に形成された支持部材7上に電力変換部5の複数の構成部品を搭載し、支持部材7を電動機3に固定する。これにより、コンタミネーションや静電気の対策が必要な工程の増加を防止することができるとともに、設計負担を軽減して汎用性を高めることができる。

0038

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る車載駆動装置について図面を参照して説明する。尚、第1実施形態と同一の構成要素には同一の番号を付して詳細な説明は省略する。

0039

[車載駆動装置の構造]
図7は本実施形態に係る車載駆動装置の構造を示す分解斜視図であり、図8は断面図である。図7、8に示すように、本実施形態に係る車載駆動装置71では、電力変換部5を構成する複数の構成部品の上面が平坦となるように配置されたことが第1実施形態と相違している。

0040

一般的に、平滑コンデンサ23は体格が大きいので、上述した第1実施形態のようにパワーモジュール25と下面を揃えて並べると、電力変換部5の構成部品の間で上面に段差ができてしまう。一方、電動機3は断面形状が円形であることから、電動機3の外周は最上部から後方へ傾斜した形状となる。そこで、この傾斜に合わせて、図8に示すように平滑コンデンサ23の位置を下げて配置する。これにより、電力変換部5の構成部品の上面を平坦にすることができ、装置全体の高さを第1実施形態の場合よりも低くすることができる。さらに、装置全体の高さが低くなったことにより、平滑コンデンサ23のマウント位置までの距離がさらに短くなり、マウント回りのモーメントをより小さくすることができる。また、構成部品の上面を平坦にしたことにより、パワーモジュール25と平滑コンデンサ23を接続するバスバ27の搭載を容易にできるとともに、バスバ27の長さを短くすることができる。

0041

尚、電力変換部5の構成部品の上面を揃えたことにより、収容部19の内部には電動機3の外周に沿って段差が設けられている。また、支持部材7も収容部19の内部形状に対応して段差のある階段状に形成されている。

0042

さらに、図9に示すように、平滑コンデンサ23を電動機3の外周に沿った形状としてもよい。例えば、平滑コンデンサ23の内部の素子は、同じ形状の素子を並べてもよいが、一般に複数の形状で形成することが可能である。そこで、平滑コンデンサ23を、前部23aと後部23bとに分けて前部23aの高さを低くして、後部23bの高さを高くする。そして、高さの低い前部23aをパワーモジュール25に近い車両前方側に配置し、高さの高い後部23bを車両後方側に配置して上面を揃えれば、平滑コンデンサ23の形状が下方に階段状になって電動機3の外周に沿った形状となる。

0043

これにより、本実施形態では、第1実施形態の場合と比較して平滑コンデンサ23の厚みを減らすことができるので、平滑コンデンサ23が後方に張り出す量を減らすことができる。したがって、平滑コンデンサ23の重心が電動機3のマウント位置に近くなり、モーメントをさらに小さくすることができる。また、バスバ27の長さもより短くすることができる。

0044

[第2実施形態の効果]
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る車載駆動装置71によれば、電力変換部5を構成する複数の構成部品の上面が平坦となるように配置されるので、装置全体の高さをより低くすることができ、マウント回りのモーメントをより小さくすることができる。また、バスバ27の搭載を容易にできるとともに、バスバ27の長さを短くすることができる。

0045

また、本実施形態に係る車載駆動装置によれば、重量部品である平滑コンデンサ23を電動機3の外周に沿った形状にしたので、平滑コンデンサ23が後方に張り出す量を減らすことができる。これにより、平滑コンデンサ23の重心が電動機3のマウント位置に近くなり、モーメントをさらに小さくすることができ、バスバ27の長さもより短くすることができる。

0046

なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

0047

1、71車載駆動装置
3電動機
5電力変換部
7支持部材
11電動機ハウジング
13エンドプレート
15 上面プレート
17減速機
19 収容部
21、29冷却流路
23平滑コンデンサ
23a 前部
23b 後部
25パワーモジュール
27バスバ
31底板
33 支持部材流路入口
35 パワーモジュール流路入口
37 パワーモジュール流路出口
39 支持部材流路出口
61出力軸
63 車輪軸

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