JP2012239350A - 電動車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】ノイズフィルタ回路を追加することなくノイズループを縮小することによりラジオノイズ等を低減することができる電動車両を提供する。
【解決手段】電動車両は、モータを内部空間に収容するモータケース50と、車載電池から入力される電力を変換して電力ケーブル44,46を介してモータに供給する電力変換機器と、電力変換機器を収容する導電性のPCUケースと、モータケース50およびPCUケースがそれぞれ接地接続された導電性のボデー接地導体43とを備える。モータケース50を構成するケース部材52には電力ケーブルのシールド部材48が電気接続され、ケース部材54はボデー接地導体43に接地接続される。そして、ケース部材52,54間には絶縁シール部材56が設けられるとともに、ケース部材52,54を締結するボルト58が絶縁層60を介して締結される。
【選択図】図3

Description

本発明は、車両を駆動するモータを搭載した電動車両に関する。
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、収納筐体内の電気機器は収納筐体から絶縁される。
ここで、特開2006−27315号公報(以下、特許文献1という)には、モータ駆動回路一体型電動圧縮機について開示されている。このモータ駆動回路一体型電動圧縮機のモータハウジングは、コモンモードコイルおよびコモンモードコンデンサからなるノイズフィルタ回路を介してインバータ回路の一次側に接続されるとともに、シールド線を介してアースされており、これによりモータハウジングに漏洩した電流は、その大部分がインバータ回路の一次側へ流れ込み、車体へ流れるコモンモード電流を大幅に低減することができ、その結果、コモンモード電流によるラジオノイズに与える影響を低減できることが記載されている。
特開2006−27315号公報
上述したようなハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両では、DCDCコンバータ回路、インバータ回路、および、モータジェネレータがそれぞれノイズ源となるため、DCDCコンバータ回路およびインバータ回路を収納した電力変換機器用筐体とモータジェネレータを収納したモータ用筐体とを導電性の車両ボデーにそれぞれ接地接続すると、車両全体として大きなノイズループが形成されて、ラジオノイズ等の原因となる高周波電波ノイズが放射されることになる。また、車両全体にわたる大きなノイズループは、上記電力変換機器およびモータジェネレータ以外の他の電気機器からもノイズを受信してしまうことになる。したがって、電力変換機器用筐体およびモータ用筐体の各接地を車両ボデーに共通化しても、ノイズループが大きくならないようにする対策が必要である。
これに対し、上記特許文献1では、モータ駆動回路を一体化した電動圧縮機から発生するノイズに対応するだけであって、車両全体にわたる大きなノイズループを如何に小さくするかについて考慮されておらず、また、ノイズ対策としてノイズフィルタ回路を別途追加すると、コストが高くなるだけでなく、共振によりノイズが却って増幅されるおそれもある。
本発明の目的は、ノイズ源となる電力変換機器およびモータの各接地を車両ボデーで共通化しながら、ノイズフィルタ回路を追加することなくノイズループを縮小することによりラジオノイズ等を低減できる電動車両を提供することにある。
本発明に係る電動車両は、車両を駆動するモータと、モータを収容するモータケースと、車載電池から入力される電力を変換して前記モータケースに接続される電力ケーブルを介して前記モータに供給する電力変換機器と、電力変換機器を収容する導電性の電力変換機器ケースと、前記モータケースおよび前記電力変換機器ケースがそれぞれ接地接続された導電性の車両ボデーとを備える電動車両であって、前記モータケースは、それぞれの締結部において締結されることにより1つのモータケースを構成する第1ケース部材および第2ケース部材を含み、前記電力ケーブルのシールド部材が前記第1ケース部材に電気接続され、前記第2ケース部材が前記車両ボデーに接地接続されており、前記モータケースの締結部では、前記第1および第2ケース部材間を電気絶縁およびシールする絶縁シール部材が設けられるとともに、前記締結部を締結する締結部材が絶縁層を介して前記第1および第2ケース部材を締結するものである。
本発明に係る電動車両において、前記絶縁シール部材は、絶縁性材料からなるシート状の部材であってもよい。
この場合、前記シート状の絶縁シール部材は、弾性変形が可能な柔軟性を有する一方、少なくとも一方側表面が前記第1および第2ケース部材に対する接着性を有しないことが好ましい。
また、本発明に係る電動車両において、前記締結部材はボルトであり、前記絶縁層は前記締結部材が挿入されるために前記締結部に形成された貫通孔およびネジ孔内に塗付された絶縁塗膜により形成されてもよい。
この場合、前記第1ケース部材の締結部には貫通孔からなるボルト挿通孔が形成され、前記第2ケース部材の締結部には雌ネジ孔が形成されており、前記締結部材であるボルトが螺合する前記雌ネジ孔は有底に形成されているのが好ましい。
本発明に係る電動車両によれば、ノイズ源となる電力変換機器およびモータ筐体の接地を車両ボデーで共通化しながら、ノイズフィルタ回路を追加することなくノイズループを縮小することによりラジオノイズ等を低減できる。
本発明の一実施の形態である電動車両の車両駆動システムの構成を概略的に示す図である。 モータケースの一部断面を含む側面である。 図2中のA部の拡大図である。 絶縁シール部材を配置するための座部を設けた変形例を示す図3と同様の図である。
以下に、本発明に係る実施の形態(以下、実施形態という)について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
図1に、電動車両が搭載す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機器として機能する。
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伝達す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伝達す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および電池筐体26を含む電池ユニット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ケース36に収納され、パワーコントロールユニット(Power Control Unit、以下適宜にPCUという)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、PCUケース36から絶縁される。PCU38、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45内に固定される。駆動部収納部45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、PCUケース36と、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を収容するモータケース50とは、駆動部収納部45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、電池筐体26からPCUケース36に至るまでの区間がシールド部材34に覆われている。シールド部材34は、例えば金属線の編組体により形成される筒状の筒状部材である。シールド部材34の一端は電池筐体26に導電接続され、その他端がPCUケース36に導電接続されている。
DCDCコンバータ回路16は、例えば、リアクトルと、IGBT等で例示される複数の電力用スイッチング素子とを含んで構成される。これらのスイッチング素子が図示されないECU(Electronic Control Unit)からの制御信号を受けてオン・オフ制御されることにより、上記のような昇降圧動作を行うようにされている。また、DCDCコンバータ回路16は、電力ケーブル17を介して第1インバータ回路18および第2インバータ回路20との間で電力の授受を行うよう接続されている。
第1インバータ回路18および第2インバータ回路20は、それぞれ、IGBT等で例示される複数の電力用スイッチング素子を含んで構成される。これらのスイッチング素子が上記ECUからの制御信号を受けてオン・オフ制御されることにより直流交流変換機能を果たす。
第1インバータ回路18と第1モータジェネレータ22とがU相、V相、W相に対応する3本一組の電力ケーブル44を介して接続され、両者間で駆動電力または回生電力の授受が行われる。また、第2インバータ回路20と第2モータジェネレータ24とがU相、V相、W相に対応する3本一組の電力ケーブル46を介して接続され、両者間で駆動電力または回生電力の授受が行われる。
上記2つの電力ケーブル44,46は、PCUケース36とモータケース50との間で一束にまとめられて配索されており、それらの電力ケーブル44,46の周囲がシールド部材48によって覆われている。シールド部材48は、例えば金属線の編組体により形成される筒状の筒状部材であり、電力ケーブル44,46からの電波ノイズの放射を遮蔽する機能を有する。シールド部材48の一端はPCUケース36に導電接続され、その他端がモータケース50に導電接続されている。
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、それぞれ、三相交流同期型の回転電機によって好適に構成される。そして、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、モータケース50内に収納されて車両ボデーに搭載されている。
モータケース50は、2つのケース部材52,54が組み合わされて構成される。各ケース部材52,54は、それぞれ、有底の椀又は帽子のような形状をなす金属製の部材であり、例えばアルミダイキャストによって好適に構成されることができる。これら2つのケース部材52,54が組み合わされることによって内部にモータ収容空間が形成されている。本実施形態では、一方のケース部材52内に第1モータジェネレータ22が収納され、他方のケース部材54内に第2モータジェネレータ24が収納されている。
図2に、モータケース50の一部断面を含む側面を示す。モータケース50を構成する2つのケース部材52,54は、それぞれ、開口縁部の周囲に外側へ突出するフランジ部(締結部)53,55を有する。そして、これらのフランジ部53,55同士が絶縁シール部材56を挟んでボルト(締結部材)58によって締結されることにより、2つのケース部材52、54が一体のモータケース50をなしている。
モータケース50のうち一方のケース部材52には、コネクタ49を介して電力ケーブル44,46が接続されており、電力ケーブル44,46の周囲にあるシールド部材48がコネクタ49を介してケース部材52に導電接続されている。他方、ケース部材54は、接地導線42を介してボデー接地導体43に導電接続されている。なお、ケース部材52は、シールド部材48、PCUケース36および接地導線40を介してボデー接地導体43に接地されているため安全性が確保されている。
図3は図2中のA部の拡大図であり、ケース部材52,54の締結部57を拡大して示す。ケース部材52のフランジ部53には、ボルト58を挿通するためのボルト挿通孔53aが貫通孔として形成されている。ボルト挿通孔53aは、ケース部材52の開口部周囲に環状に形成されたフランジ部53に間隔を空けて複数形成されている。
もう1つのケース部材54のフランジ部55には、ボルト58の先端部が螺合するための雌ネジ孔55aが形成されている。雌ネジ孔55aは、後述するように絶縁性塗料を溜めるように有底のネジ孔として形成されるのが好ましい。ケース部材54のフランジ部55もまた、ケース部材54の開口部周囲に環状に形成されており、雌ネジ孔55aは、上記ボルト挿通孔53aに対応するフランジ部55上の位置に複数形成されている。
絶縁シール部材56は、絶縁性材料からなるシート状の部材である。絶縁シール部材56は、フランジ部53,55に沿って環状に形成されており、ボルト58が挿通される貫通孔56aが形成されている。このように絶縁シール部材56を絶縁シートにより形成することで、ゲル状絶縁シール剤を塗付してフランジ部53,55間に介在させることによりケース部材52,54間を絶縁する場合に比べて、シート厚みの管理が容易であることからインピーダンスを所望の大きさに正確に設定することができる。
また、絶縁シール部材56は、例えば樹脂またはゴム等の絶縁性材料であって適当なシール性能を発揮するために弾性変形可能なものによって形成されるのが好ましい。このようにすれば、モータケース50内に冷却油を循環供給してモータジェネレータ22,24を冷却する場合にも、フランジ部53,55間を液密状に封止して良好なシール性能を発揮することができる。
さらに、絶縁シール部材56は、少なくとも一方側表面、例えばフランジ部53に接触する表面が、接着性を有しないこととするのが好ましい。このようにすれば、2つもケース部材52,54を一旦締結して組み立てた後にボルト58を取り外してケース部材52,54を分離するのが容易となり、事後的に調整、点検、修理等のためにモータジェネレータ22,24にアクセスし易くなる利点がある。逆に言えば、絶縁シール部材56のフランジ部55に対向する他方側表面に接着性を持たせるのが好ましい。これにより、絶縁シール部材56をフランジ部55上に正確に位置決めして配置することが容易になり、モータケース50の組立性が向上する。
さらにまた、絶縁シール部材56は、フランジ部53,55に沿って環状に延伸しているが、幅広の絶縁シートから環状部材として打ち抜き加工して形成されてもよいし、あるいは、幅狭の長尺状絶縁シートを所定長さに切断して両端を接着、溶着等の方法で連結することによって環状部材に形成されてもよい。後者によれば、絶縁シートの歩留まりが格段に向上するので、製造コストを大幅に低減できる利点がある。
図3に示すように、ボルト58は、絶縁層60を介してケース部材52.54のフランジ部53,55および絶縁シール部材56を締結している。具体的には、絶縁層60は、例えばカチオン塗装等の絶縁塗装を施すことによって形成される。このような絶縁層60を設けることによって、ボルト58を介してケース部材52,54が導電接続されないようにしてある。
上記のようにボルト58の周囲に絶縁塗装を施すとき、まず、雌ネジ孔55aに対して貫通孔56aおよびボルト挿通孔53aを整列させた状態で、フランジ部55上に絶縁シール部材56およびフランジ部53を設置する。そして、この状態で絶縁性塗料をボルト挿通孔53aから所定量だけ注ぎ込んで雌ネジ孔55a内に溜める。それから、ボルト58をボルト挿通孔53aおよび貫通孔56aに通して雌ネジ孔55aに対して締め付けると、絶縁性塗料があふれるようにしてボルト58の周囲の内壁面に塗付されるとともにフランジ部53の上面まで塗付される。これにより、絶縁塗膜からなる絶縁層60がボルト58とフランジ部53,55との間に形成される。
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。
このような昇降圧動作および直流交流変換動作が行われるとき、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にそれぞれ含まれるスイッチング素子が高周期でスイッチングされることによって、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。
このようなコモンモードノイズ電流は、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から浮遊容量を介してPCUケース36へと流れる。そして、電力ケーブル44,46の周囲のシールド部材48を介してモータケース50へと流れようとする。
しかし、本実施形態の車両駆動システム10では、シールド部材48が導電接続するケース部材52と、接地導線42を介して接地されているケース部材54とは絶縁シール部材56および絶縁層60による大きなインピーダンスによって絶縁されているため、コモンモードノイズ電流がケース部材54へと流れるのが遮断される。これにより、コモンモードノイズ電流が、PCUケース36、ボデー接地導体43、および、接地導線40,42を経由するノイズ電流ループ経路が形成されるのを防止できる。
この場合でも、図1中に破線70で示すように電池筐体26、シールド部材34、PCUケース36、および、接地導線32,40を経由するノイズ電流ループ経路があるもののシステム全体または車両全体にわたるような大きなループ経路ではない。
したがって、上記車両駆動システム10を搭載した電動車両によれば、ノイズ源となるDCDCコンバータ回路16、第1および第2インバータ回路18,20、ならびにモータジェネレータ22,24の接地を車両ボデーで共通化しながら、ノイズフィルタ回路を追加することなくノイズ電流ループ経路を縮小することができ、その結果、ラジオノイズを低減できる。また、電力変換機器のスイッチング周波数にもよるが、車内で使用される携帯電話、カーナビゲーション装置等の他の通信機器に対する影響も有効に抑制できる。
なお、本発明に係る電動車両は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更または改良が可能である。
例えば、上記実施形態では、モータケース50を構成する2つのケース部材52,54の締結部がフランジ部53,55により形成されるものとして説明したが、これに限定さるものではなく、ケース部材の肉厚に相当する幅の端面同士が互いに当接するようにして締結部を構成してもよい。この場合、締結部が外側へ突出させずに構成することができ、モータケースを小型化することができる。
また、図4に示すように、一方のケース部材54のフランジ部55上に、絶縁シール部材56を嵌め込んで配置するための溝状の座部55bを形成してもよい。このようにすれば、絶縁シール部材56に接着性を持たせなくてもフランジ部55に対する位置決めを容易に行うことができ、モータケース50の組立性が向上する。
また、上記実施形態では、モータケース50内に2つのモータジェネレータ22,24が収納される車両駆動システムについて説明したが、これに限定されるものではなく、1つのモータジェネレータのみがモータケース内に収納される電動車両であってもよい。
さらに、上記実施形態では、PCUケース36内にノイズ源となるDCDCコンバータ回路16およびインバータ回路18,20が収納される車両駆動システムについて説明したが、これに限定されるものではなく、DCDCコンバータ回路が省略されてもよい。この場合、電池から入力される直流電圧が昇圧されることなく交流電圧に変換されてモータジェネレータに出力されることになる。あるいは、DCDCコンバータ回路を残してインバータ回路を省略してもよい。この場合、直流モータを動力源として搭載して、電池から供給される直流電圧を昇圧して直流モータに出力することが可能である。
10 車両駆動システム、12 電池、14,17,44,46 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 接地導線、34,48 シールド部材、36 パワーコントロールユニットケースまたはPCUケース、38 パワーコントロールユニットまたはPCU、43 ボデー接地導体、45 駆動部収納部、49 コネクタ、50 モータケース、52,54 ケース部材、53,55 フランジ部、53a ボルト挿通孔、55a 雌ネジ孔、55b 座部、56 絶縁シール部材、56a 貫通孔、57 締結部、58 ボルト、60 絶縁層。

Claims (5)

  1. 車両を駆動するモータと、モータを収容するモータケースと、車載電池から入力される電力を変換して前記モータケースに接続される電力ケーブルを介して前記モータに供給する電力変換機器と、電力変換機器を収容する導電性の電力変換機器ケースと、前記モータケースおよび前記電力変換機器ケースがそれぞれ接地接続された導電性の車両ボデーとを備える電動車両であって、
    前記モータケースは、それぞれの締結部において締結されることにより1つのモータケースを構成する第1ケース部材および第2ケース部材を含み、前記電力ケーブルのシールド部材が前記第1ケース部材に電気接続され、前記第2ケース部材が前記車両ボデーに接地接続されており、前記モータケースの締結部では、前記第1および第2ケース部材間を電気絶縁およびシールする絶縁シール部材が設けられるとともに、前記締結部を締結する締結部材が絶縁層を介して前記第1および第2ケース部材を締結する、
    電動車両。
  2. 請求項1に記載の電動車両において、
    前記絶縁シール部材は、絶縁性材料からなるシート状の部材であることを特徴とする電動車両。
  3. 請求項2に記載の電動車両において、
    前記シート状の絶縁シール部材は、弾性変形が可能な柔軟性を有する一方、少なくとも一方側表面が前記第1および第2ケース部材に対する接着性を有しないことを特徴とする電動車両。
  4. 請求項1ないし3のいずれか一項に記載の電動車両において、
    前記締結部材はボルトであり、前記絶縁層は前記締結部材が挿入されるために前記締結部に形成された貫通孔およびネジ孔内に塗付された絶縁塗膜により形成されることを特徴とする電動車両。
  5. 請求項4に記載の電動車両において、
    前記第1ケース部材の締結部には貫通孔からなるボルト挿通孔が形成され、前記第2ケース部材の締結部には雌ネジ孔が形成されており、前記締結部材であるボルトが螺合する前記雌ネジ孔は有底に形成されていることを特徴とする電動車両。
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