JP2011222892A - 車両ボデーおよび電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電気機器が搭載される車両ボデーにおいて、ノイズ電流が流れる範囲を縮小することを目的とする。
【解決手段】車両駆動システム１０は、第１ボデー接地導体４８および第２ボデー接地導体５２を備える。これらの接地導体は導電性部材によって形成され、車両ボデーの一部をなす。第２ボデー接地導体５２上には、絶縁性部材によって形成された絶縁層５０が配置され、第１ボデー接地導体４８は絶縁層５０上に配置される。電池筐体２６は、接地導線３２によって第２ボデー接地導体５２に接続される。また、パワーコントロールユニット筐体３６、第１モータジェネレータ２２の筐体および第２モータジェネレータ２４の筐体は、それぞれ、接地導線４０、４２および４４によって第１ボデー接地導体４８に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電気機器が搭載される車両ボデー、およびそのような車両ボデーを備える電動車両に関する。

エンジンおよびモータジェネレータを用いて走行するハイブリッド自動車、モータジェネレータを用いて走行する電気自動車等の電動車両が広く用いられている。このような電動車両には、電池、電圧の昇降圧を行うＤＣＤＣコンバータ回路、直流交流変換を行うインバータ回路等を備えるものがある。車両加速時には、ＤＣＤＣコンバータ回路は電池の出力電圧を昇圧し、昇圧電圧に基づく直流電力をインバータ回路に出力する。インバータ回路は、ＤＣＤＣコンバータ回路から供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をモータジェネレータに供給する。そして、車両回生制動時には、インバータ回路は、モータジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、その直流電力をＤＣＤＣコンバータ回路に出力する。ＤＣＤＣコンバータ回路は、その直流電力に基づく電圧を降圧して電池に印加して電池を充電する。

電動車両が備えるこれらの電気機器は、導電性の車両ボデーに搭載される。この際、電気機器の収納筐体は車両ボデーに接地されるが、収納筐体内の電気回路は収納筐体から絶縁される。

なお、電気回路の接地技術として、以下の特許文献１には、モータ駆動回路一体型電動圧縮機について記載されている。このモータ駆動回路一体型電動圧縮機では、インバータ回路と、３相モータコイルとを収納したモータハウジングが車体から絶縁されている。また、３相モータコイルの中性点はモータハウジングに接続され、モータハウジングはインバータ回路の直流側の端子に容量結合されている。このような構成により、車体に流れるコモンモード電流が低減される旨が述べられている。また、特許文献２には、回路ごとに接地導体パターンを分離した多層回路基板について記載されている。

特開２００６−２７３１５号公報 特開２００６−１３３７３号公報

上述のように、電動車両が備える電気機器内の電気回路は、収納筐体から絶縁される。しかし、この絶縁構造は、電気回路と収納筐体との間の絶縁インピーダンスがゼロ周波数において十分に大きくなるような構造であることが多く、一般的には電気機器内の電気回路とその収納筐体との間には浮遊容量が形成される。したがって、交流電力に対しては、絶縁インピーダンスの大きさが低下し、電気機器内の電気回路に流れるコモンモードノイズ電流が、収納筐体から車両ボデーに流入することがある。これによって、車両ボデーの構造によっては、一つの電気機器で発生したコモンモードノイズ電流が他の電気機器に到達し、他の電気機器の動作特性に影響を及ぼすことがある。また、コモンモードノイズ電流によって生じたノイズ電磁波が他の電気機器に到達し、他の電気機器の動作特性に影響を及ぼすことがある。

本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、複数の電気機器が搭載される車両ボデーにおいて、ノイズ電流が流れる範囲を縮小することを目的とする。

本発明は、複数の電気機器が搭載され、当該複数の電気機器のうちいずれかがスイッチング回路を含む、車両ボデーにおいて、前記複数の電気機器のうちいずれかが導電接続される第１導電性部材と、前記第１導電性部材上に配置される絶縁性部材と、前記第１導電性部材との間に前記絶縁性部材が介在するよう配置され、前記複数の電気機器のうち、前記第１導電性部材に導電接続された電気機器とは異なる他の電気機器が導電接続される第２導電性部材と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る車両ボデーにおいては、前記第１導電性部材に導電接続される電気機器は、前記第１導電性部材上の領域のうち、前記絶縁性部材が配置される領域外の領域に固定され、前記複数の電気機器のうち、前記第１導電性部材に導電接続される電気機器とは異なる他の電気機器は、前記第２導電性部材に固定されることが好適である。

また、本発明に係る車両ボデーにおいては、前記絶縁性部材は、シート状に形成された絶縁シートであることが好適である。

また、本発明に係る車両ボデーにおいては、前記絶縁性部材は、非導電性塗装によって形成されることが好適である。

また、本発明に係る電動車両は、前記車両ボデーと、前記複数の電気機器と、を備え、前記複数の電気機器として、車両駆動用のモータジェネレータと、前記モータジェネレータとの間で電力を授受する電池と、前記モータジェネレータと前記電池との間に設けられ、スイッチング素子により電力変換を行う電力変換回路と、を備えることが好適である。

本発明によれば、複数の電気機器が搭載される車両ボデーにおいて、ノイズ電流が流れる範囲を縮小することができる。

第１の実施形態に係る車両駆動システムの構成を示す図である。 絶縁層を形成する方法の例を示す図である。 第１の実施形態の変形例を示す図である。 第１ボデー接地導体および第２ボデー接地導体の構成例を示す図である。 第１ボデー接地導体および第２ボデー接地導体の第２の構成例を示す図である。 第２の実施形態に係る車両駆動システムの構成を示す図である。

図１に第１実施形態に係る車両駆動システム１０の構成を示す。車両駆動システム１０は、電池１２、ＤＣＤＣコンバータ回路１６、第１インバータ回路１８および第２インバータ回路２０を備える。ＤＣＤＣコンバータ回路１６は、電池１２の出力電圧を昇圧し、昇圧電圧を第１インバータ回路１８および第２インバータ回路２０に出力すると共に、インバータ回路側の電圧を降圧し、降圧電圧を電池１２に出力する。

また、車両駆動システム１０は、第１インバータ回路１８に接続される第１モータジェネレータ（ＭＧ１）２２、および第２インバータ回路２０に接続される第２モータジェネレータ（ＭＧ２）２４を備える。第１インバータ回路１８は、ＤＣＤＣコンバータ回路１６と第１モータジェネレータ２２との間で直流交流変換を行い、第２インバータ回路２０は、ＤＣＤＣコンバータ回路１６と第２モータジェネレータ２４との間で直流交流変換を行う。

このように、ＤＣＤＣコンバータ回路１６、第１インバータ回路１８および第２インバータ回路２０は、電圧の昇降圧および直流交流変換を行う電力変換回路として機能する。

車両駆動システム１０をハイブリッド自動車に用いる場合、エンジン、第１モータジェネレータ２２および第２モータジェネレータ２４の各シャフトが、プラネタリギアユニット等のトルク合成機構に取り付けられる。トルク合成機構はこれらの相互間でトルクを作用させる。さらに、第２モータジェネレータ２４のシャフトには、車輪との間でトルクを作用させるトルク伝達機構が取り付けられる。また、車両駆動システム１０を電気自動車に用いる場合、第１モータジェネレータ２２および第２モータジェネレータ２４の各シャフトは、車輪との間でトルクを作用させるトルク伝達機構に取り付けられる。

電池１２は、導電性の電池筐体２６から絶縁された上で電池筐体２６に収納される。電池１２は、電池ユニット２８は、トランクルームに設けられた電池ユニット収納部３０内に固定される。電池ユニット収納部３０は、例えば、導電性の壁で囲まれた空間として形成される。この場合、電池筐体２６は、電池ユニット収納部３０の壁に導電接触していてもよい。

ＤＣＤＣコンバータ回路１６、第１インバータ回路１８および第２インバータ回路２０は、導電性のパワーコントロールユニット筐体３６に収納され、パワーコントロールユニット３８を構成する。ＤＣＤＣコンバータ回路１６、第１インバータ回路１８および第２インバータ回路２０は、パワーコントロールユニット筐体３６から絶縁される。パワーコントロールユニット３８、第１モータジェネレータ２２および第２モータジェネレータ２４は、エンジンコンパートメント内に設けられた駆動部収納部４６内に固定される。駆動部収納部４６は、例えば、導電性の壁で囲まれた空間として形成される。この場合、パワーコントロールユニット筐体３６、第１モータジェネレータ２２の壁および第２モータジェネレータ２４の壁は、駆動部収納部４６に導電接触していてもよい。

電池ユニット２８内の電池１２の両端とＤＣＤＣコンバータ回路１６とは、電力ケーブル１４によって接続される。電力ケーブル１４は、電池ユニット収納部３０からパワーコントロールユニット３８に至るまでの区間がシールド部材３４に覆われている。

車両駆動システム１０は、第１ボデー接地導体４８および第２ボデー接地導体５２を備える。これらの接地導体は導電性部材によって形成され、車両ボデーの一部をなす。第２ボデー接地導体５２上には、絶縁性部材によって形成された絶縁層５０が配置され、第１ボデー接地導体４８は絶縁層５０上に配置される。絶縁層５０は、カチオン塗装等の非導体塗装によって形成してもよい。また、絶縁層５０には、ゴム、プラスチック樹脂、セラミック等の絶縁性材料をシート状に形成した絶縁シートを用いてもよい。さらに、絶縁層５０の代わりに、絶縁性材料によって形成された柱状のスペーサを用いてもよい。

絶縁層５０の形成方法としてカチオン塗装を用いる場合には、例えば、図２に示すように、第２ボデー接地導体５２上の領域の一部にカチオン塗装５８を施し、カチオン塗装５８が施された領域に第１ボデー接地導体４８を配置すればよい。

電池筐体２６は、接地導線３２によって第２ボデー接地導体５２に接続される。また、パワーコントロールユニット筐体３６、第１モータジェネレータ２２の筐体および第２モータジェネレータ２４の筐体は、それぞれ、接地導線４０、４２および４４によって第１ボデー接地導体４８に接続される。

次に、車両駆動システム１０の動作について説明する。第１モータジェネレータ２２を加速するときは、ＤＣＤＣコンバータ回路１６は電池１２の出力電圧を昇圧し、昇圧電圧に基づく直流電力を各インバータ回路に出力する。第１インバータ回路１８は、ＤＣＤＣコンバータ回路１６から供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を第１モータジェネレータ２２に供給する。そして、第１モータジェネレータ２２の回生制動時には、第１インバータ回路１８は、第１モータジェネレータ２２の交流発電電力を直流電力に変換し、その直流電力をＤＣＤＣコンバータ回路１６に出力する。ＤＣＤＣコンバータ回路１６は、その直流電力に基づく電圧を降圧して電池１２に印加して電池１２を充電する。第２モータジェネレータ２４の加速または回生制動は、第２インバータ回路２０を用いることにより、第１モータジェネレータ２２の加速または回生制動と同様にして行われる。

ＤＣＤＣコンバータ回路１６、第１インバータ回路１８および第２インバータ回路２０は、スイッチング素子を含むスイッチング回路である。ＤＣＤＣコンバータ回路１６は、スイッチング素子のスイッチングによって電圧の昇降圧を行う。また、第１インバータ回路１８および第２インバータ回路２０は、スイッチング素子のスイッチングによって直流交流変換を行う。これによって、ＤＣＤＣコンバータ回路１６、第１インバータ回路１８および第２インバータ回路２０のそれぞれには、スイッチングに基づくコモンモードノイズ電流が流れる。

ここで、コモンモードノイズ電流とは、接地導体の電位を基準電位とし、接地導体を電流帰路として、接地導体とは異なる導体系に流れるノイズ電流をいう。

ＤＣＤＣコンバータ回路１６、第１インバータ回路１８および第２インバータ回路２０のぞれぞれと、パワーコントロールユニット筐体３６との間には浮遊容量が形成されている。また、第１モータジェネレータ２２内の巻線とその筐体との間、および、第２モータジェネレータ２４内の巻線とその筐体との間にも浮遊容量が形成されている。

これによって、図１に例示するような第１ループ５４および第２ループ５６にコモンモードノイズ電流が流れる。第１ループ５４は、ＤＣＤＣコンバータ回路１６から始まり、第１インバータ回路１８、第１モータジェネレータ２２、接地導線４２、第１ボデー接地導体４８、および接地導線４０を経て、ＤＣＤＣコンバータ回路１６に戻る電流ループである。また、第２ループ５６は、ＤＣＤＣコンバータ回路１６から始まり、第２インバータ回路２０、第２モータジェネレータ２４、接地導線４４、第１ボデー接地導体４８、および接地導線４０を経て、ＤＣＤＣコンバータ回路１６に戻る電流ループである。

本実施形態に係る車両駆動システム１０では、第１ボデー接地導体４８と、第２ボデー接地導体５２との間には、絶縁層５０が設けられている。そのため、パワーコントロールユニット３８から、第２ボデー接地導体５２、接地導線３２および電池ユニット２８へと至る経路に流れるコモンモードノイズ電流が低減される。さらに、絶縁層５０のインピーダンスの大きさを、第１ループ５４一周分のインピーダンスおよび第２ループ５６一周分のインピーダンスよりも大きくすることで、このようなコモンモードノイズ電流の低減効果が高められる。

このような構成によれば、車両においてコモンモードノイズ電流が流れる範囲を縮小することができる。これによって、例えば、車両にラジオ受信機等が設けられる場合には、コモンモードノイズ電流に基づくノイズ電磁波が、ラジオ受信機の受信性能に及ぼす影響を回避することができる。

なお、本実施形態の変形例として、図３に示すような車両駆動システム６４を構成してもよい。図１に示す構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。この車両駆動システム６４では、一端がパワーコントロールユニット筐体３６に接続された接地導線４０の他端を、第２モータジェネレータ２４の筐体に接続している。これによって、パワーコントロールユニット３８、第１モータジェネレータ２２、第２モータジェネレータ２４および第１ボデー接地導体４８によって形成される電流ループが及ぶ範囲が縮小され、コモンモードノイズ電流が流れる範囲を縮小することができる。なお、一端がパワーコントロールユニット筐体３６に接続された接地導線４０の他端は、第１モータジェネレータ２２の筐体に接続してもよい。

図４に第１ボデー接地導体４８および第２ボデー接地導体５２の構成例を示す。この構成例では、車体６０の天井部を第２ボデー接地導体５２として用いる。そして、車体６０の天井に絶縁層５０を接合し、絶縁層５０の上層側に第１ボデー接地導体４８を接合する。図５（ａ）および（ｂ）は、第２の構成例を示す。図５（ａ）に示すように、この構成例においては車体６０の底部を第２ボデー接地導体５２として用いる。そして、図５（ｂ）に示すように絶縁体で形成された柱状のスペーサ６２を車体６０の底部に設け、スペーサ６２を介して第１ボデー接地導体４８を車体６０の底部に取り付ける。

次に本発明の第２実施形態について図６を参照して説明する。図１に示す構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

この車両駆動システム６６においては、電池筐体２６を第２ボデー接地導体５２に導電接続しつつ、電池ユニット２８を第１ボデー接地導体４８に固定している。さらに、パワーコントロールユニット筐体３６、第１モータジェネレータ２２の筐体および第２モータジェネレータ２４の筐体を第１ボデー接地導体４８に導電接続しつつ、パワーコントロールユニット３８、第１モータジェネレータ２２および第２モータジェネレータ２４を第１ボデー接地導体４８に固定している。本実施形態に係る車両駆動システム６６においても、第１の実施形態と同様、第１ボデー接地導体４８と、第２ボデー接地導体５２との間には絶縁層５０が設けられている。そのため、パワーコントロールユニット３８から、第２ボデー接地導体５２、および電池ユニット２８へと至る経路に流れるコモンモードノイズ電流が低減される。これによって、車両においてコモンモードノイズ電流が流れる範囲を縮小することができる。

１０，６４，６６ 車両駆動システム、１２ 電池、１４ 電力ケーブル、１６ ＤＣＤＣコンバータ回路、１８ 第１インバータ回路、２０ 第２インバータ回路、２２ 第１モータジェネレータ、２４ 第２モータジェネレータ、２６ 電池筐体、２８ 電池ユニット、３０ 電池ユニット収納部、３２，４０，４２，４４ 接地導線、３４ シールド部材、３６ パワーコントロールユニット筐体、３８ パワーコントロールユニット、４６ 駆動部収納部、４８ 第１ボデー接地導体、５０ 絶縁層、５２ 第２ボデー接地導体、５４ 第１ループ、５６ 第２ループ、５８ カチオン塗装、６０ 車体、６２ スペーサ。

Claims (5)

1. 複数の電気機器が搭載され、当該複数の電気機器のうちいずれかがスイッチング回路を含む、車両ボデーにおいて、
   前記複数の電気機器のうちいずれかが導電接続される第１導電性部材と、
   前記第１導電性部材上に配置される絶縁性部材と、
   前記第１導電性部材との間に前記絶縁性部材が介在するよう配置され、前記複数の電気機器のうち、前記第１導電性部材に導電接続された電気機器とは異なる他の電気機器が導電接続される第２導電性部材と、
   を備えることを特徴とする車両ボデー。
2. 請求項１に記載の車両ボデーにおいて、
   前記第１導電性部材に導電接続される電気機器は、
   前記第１導電性部材上の領域のうち、前記絶縁性部材が配置される領域外の領域に固定され、
   前記複数の電気機器のうち、前記第１導電性部材に導電接続される電気機器とは異なる他の電気機器は、
   前記第２導電性部材に固定されることを特徴とする車両ボデー。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両ボデーにおいて、
   前記絶縁性部材は、
   シート状に形成された絶縁シートであることを特徴とする車両ボデー。
4. 請求項１または請求項２に記載の車両ボデーにおいて、
   前記絶縁性部材は、
   非導電性塗装によって形成されることを特徴とする車両ボデー。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車両ボデーと、
   前記複数の電気機器と、を備え、
   前記複数の電気機器として、
   車両駆動用のモータジェネレータと、前記モータジェネレータとの間で電力を授受する電池と、前記モータジェネレータと前記電池との間に設けられ、スイッチング素子により電力変換を行う電力変換回路と、
   を備えることを特徴とする電動車両。

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