JP2012257378A

JP2012257378A - 電気機器

Info

Publication number: JP2012257378A
Application number: JP2011128775A
Authority: JP
Inventors: Yoshikuni Hattori; 佳晋服部; Takashi Kojima; 崇小島; Koji Tsukada; 浩司塚田; Atsuhiro Takahashi; 篤弘高橋; Hiroya Tanaka; 宏哉田中; Kaoru Torii; 薫鳥居; Tomohiro Suguro; 知弘勝呂; Masayuki Sugita; 昌行杉田; Hiroyuki Miyauchi; 宏之宮内
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】電磁障害の主要な原因であるループ回路を流れるノイズ電流量を従来よりも抑制させることを目的とする。
【解決手段】インバータ４２Ａ、４２Ｂを収容する制御ユニットケーシング１２と、インバータ４２Ａ、４２Ｂから交流電流が供給される回転電機１６Ａ、１６Ｂを収容する回転電機ケーシング１０と、制御ユニットケーシング１２と回転電機ケーシング１０を固定する支持体１４と、を備えた電気機器において、制御ユニットケーシング１２と回転電機ケーシング１０の少なくともどちらか一方を絶縁部材６０を介して支持体１４に固定する。
【選択図】図２

Description

本発明は電気機器に関する。

モータ等の回転電機を駆動源とする車両には、回転電機に交流電流を供給するインバータが設けられている。回転電機は回転電機ケーシングに収容され、また、インバータは制御ユニットケーシングに収容されている。さらに、回転電機ケーシングと制御ユニットケーシングは例えば特許文献１や図６に示すようにアンダーボディやフレームと呼ばれる支持体１０１に固定されている。

インバータ１００Ａ、１００Ｂから供給される交流電流には高調波成分が含まれており、これがいわゆるノイズ電流となってケーシングや支持体内を流れることが知られている。図７において破線で示すように、回転電機ケーシング１１８を流れるノイズ電流の一部はシールド線１０２Ａ、１０２Ｂの静電シールド１２２に流れ、他の一部は支持体１０１に流れる。前者のノイズ電流は静電シールド１２２から制御ユニットケーシング１２４に流れる。後者のノイズ電流は支持体１０１から制御ユニットケーシング１２４に流れる。これらの経路をたどるノイズ電流により、ループ回路Ｌが構成される。

特開２００４−１２７７４７号公報

ループ回路に交流電流が流れると当該ループ回路がループアンテナとして機能してループ面から電磁波が放射される。ループアンテナの放射電界強度Ｅはループ面積Ｓとループ電流Ｉの積に比例する（Ｅ∝Ｓ・Ｉ）ことが知られている。上述のループ回路に高調波のノイズ電流が流れることによってループ面から高周波の電磁波が放射される。この電磁波（放射ノイズ）がラジオ等のアンテナに受信され、ラジオ等の雑音源となる。そこで本発明は、電磁障害の主要な原因であるループ回路を流れるノイズ電流量を従来よりも抑制させることを目的とする。

本発明は電気機器に関するものである。当該電気機器は、インバータを収容する制御ユニットケーシングと、インバータから交流電流が供給される回転電機を収容する回転電機ケーシングと、制御ユニットケーシングと回転電機ケーシングを固定する支持体と、を備えている。さらに、制御ユニットケーシングと回転電機ケーシングの少なくともどちらか一方は絶縁体を介して支持体に固定されている。

また、本発明は電気機器に関するものである。当該電気機器は、インバータを収容する制御ユニットケーシングと、インバータから交流電流が供給される回転電機を収容する回転電機ケーシングと、制御ユニットケーシングと回転電機ケーシングを固定する支持体と、を備えている。さらに、回転電機の固定子は絶縁体を介して回転電機ケーシングに固定されている。

本発明によれば、電磁障害の主要な原因であるループ回路を流れるノイズ電流量を従来よりも抑制させることが可能となる。

本実施形態に係る電気機器を例示する断面図である。本実施形態に係る電気機器を例示する断面図である。他の実施形態に係る電気機器を例示する断面図である。他の実施形態に係る電気機器を例示する断面図である。他の実施形態に係る電気機器を例示する断面図である。従来の電気機器を例示する断面図である。従来の電気機器を例示する断面図である。

図１には、本実施形態に係る電気機器の断面図が例示されている。本実施形態に係る電気機器は例えば回転電機を駆動源とする車両に搭載され、例えば回転電機と内燃機関とを駆動源とするハイブリッド車両や、回転電機のみを駆動源とする燃料電池車、電気自動車に搭載される。図１においてはハイブリッド車両に本実施形態に係る電気機器を搭載した例を示している。

本実施形態に係る電気機器は、回転電機ケーシング１０と制御ユニットケーシング１２と、回転電機ケーシング１０と制御ユニットケーシング１２を支持固定する支持体１４を含んで構成されている。回転電機ケーシング１０は中空の筐体であり、２台の回転電機１６Ａ、１６Ｂを内部に収容している。さらに回転電機ケーシング１０は内燃機関３０を収容する内燃機関ケーシング３４とねじ２８により連結されている。なお、燃料電池車や電気自動車に本実施形態に係る電気機器を搭載した際には、内燃機関３０及び内燃機関ケーシング３４は省略される。回転電機ケーシング１０は回転電機１６Ａ、１６Ｂの重量に抗して形状を維持し得る機械的強度を備えた金属材料、例えばアルミから構成される。

また、回転電機ケーシング１０の内側には固定部２４が設けられ、回転電機１６Ａ、１６Ｂの固定子２２はこの固定部２４に固定されている。固定部２４は、固定子２２の形状に沿った断面凹形状であって固定子２２が挿入される挿入溝２６と、挿入溝２６および固定子に設けられたねじ穴に挿入されることにより両者を固定するねじ２８を含んで構成されている。なお、図１から図５においては図示を簡略化するために固定子２２の片側（下側）のみにねじ２８が挿入されているように図示されているが、実際には両側（上下側）にねじ２８が挿入される。

回転電機１６Ａ、１６Ｂの一方は主にモータとして機能し、他方は主にジェネレータとして機能する。回転電機１６Ａ、１６Ｂはいずれもシャフト１８と、シャフト１８に固定された回転子２０と、回転子２０の周囲に設けられた固定子２２とを含んで構成されている。固定子２２は後述するインバータから交流電流が供給されるコイル２３と、コイル２３が巻かれたステータコア２５とを含んで構成されている。また、コイル２３とステータコア２５の短絡を防ぐためにコイル２３は図示しない絶縁紙を介してステータコア２５に巻かれている。また、ステータコア２５はコイル２３から発生する回転磁界を強めるために透磁性の高い材料から構成され、例えば珪素鋼板から構成される。

また、シャフト１８には回転電機１６Ａ、１６Ｂの他にも内燃機関３０、ギアトレーン３２が固定されている。内燃機関３０は回転電機１６Ａとともに回転駆動力をシャフト１８に伝える。ギアトレーン３２はシャフトから伝えられた駆動力を図示しない駆動輪に伝える。

また、制御ユニットケーシング１２は中空の筐体であり、インバータ４２Ａ、４２ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ４４を内部に収容している。制御ユニットケーシング１２はインバータ４２Ａ、４２ＢとＤＣ／ＤＣコンバータ４４の重量に抗して形状を維持し得る機械的強度を備えた金属材料、例えばアルミから構成される。また、高電圧機器であるインバータ４２Ａ、４２Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ４４による感電を防止するため、インバータ４２Ａ、４２Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ４４は絶縁部材４６を介して制御ユニットケーシング１２に固定されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４４は図示しない二次電池等のバッテリーから印加される直流電圧を所定の電圧値に昇降圧する。さらにインバータ４２Ａ、４２ＢはＤＣ／ＤＣコンバータ４４から供給される直流電力を交流電力に変換して回転電機１６Ａ、１６Ｂに供給する。

インバータ４２Ａ、４２Ｂと回転電機１６Ａ、１６Ｂとはシールド線４８Ａ、４８Ｂの芯線５０により電気的に接続される。シールド線４８Ａ、４８Ｂは芯線５０と、芯線５０を覆う図示しない絶縁体と、当該絶縁体を覆う静電シールド５２と、静電シールド５２を覆う図示しない保護被膜から構成されている。シールド線４８Ａの芯線５０は第１のインバータ４２Ａと第１の回転電機１６Ａのコイル２３とに両端が接続され、シールド線４８Ｂの芯線５０は第２のインバータ４２Ｂと第２の回転電機１６Ｂのコイル２３とに両端が接続されている。また、シールド線４８Ａ、４８Ｂのいずれにおいても静電シールド５２は回転電機ケーシング１０と制御ユニットケーシング１２に両端が接続されている。

また、回転電機ケーシング１０、内燃機関ケーシング３４、制御ユニットケーシング１２はいずれも支持体１４に固定支持されている。支持体１４は例えば車両のボディがいわゆるモノコック構造である場合はアンダーボディであり、フレーム構造やサブフレーム構造である場合はフレームがこれに該当する。支持体１４は回転電機ケーシング１０等の被支持体の重量に抗して形状を維持し、またボディの骨格として車両を支える十分な剛性を有する金属材料から構成され、例えば高張力鋼板から構成される。

ここで、回転電機ケーシング１０及び内燃機関ケーシング３４は絶縁体を介して支持体１４に固定支持されている。すなわち、回転電機ケーシング１０及び内燃機関ケーシング３４の固定面５６と支持体１４の固定面５８との間には絶縁部材６０が挟まれている。さらに両固定面５６、５８および絶縁部材６０のいずれにもねじ穴が設けられ、当該ねじ穴に絶縁ねじ６２が挿入される。これにより、回転電機ケーシング１０と支持体１４及び内燃機関ケーシング３４と支持体１４との導体接触を回避した状態で回転電機ケーシング１０及び内燃機関ケーシング３４が支持体１４に固定支持される。

ここで、絶縁部材６０は両固定面５６、５８との導体接触を防止し得る絶縁材料から構成される。絶縁部材の材料及び厚さはノイズ電流の周波数帯に応じて適宜定められる。後述するループ回路Ｌを流れるノイズ電流の周波数帯は０．１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚであるため、少なくともこの周波数帯域において絶縁材料６０によるインピーダンスが十分に大きくなるような周波数特性を持つように、絶縁材料６０の材料及び厚さが定められる。例えば絶縁材料６０の材料としてはゴム、樹脂等が使用され、またその厚さは０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとなることが好適である。

また、図２に示すように、インバータ４６、制御ユニットケーシング１２、シールド線４８Ａ、４８Ｂ、回転電機１６Ａ、１６Ｂ、回転電機ケーシング１０、内燃機関ケーシング３４、支持体１４によってノイズ電流のループ回路Ｌが形成される。このループ回路Ｌにおいて、コイル２３とステータコア２５の間に設けられた図示しない絶縁紙により浮遊容量Ｃ１が形成される。さらにインバータ４２Ａ、４２Ｂ及びＤＣ／ＤＣコンバータ４４と制御ユニットケーシング１２との間に設けられた絶縁部材４６によって浮遊容量Ｃ２が形成される。さらに回転電機ケーシング１０及び内燃機関ケーシング３４と支持体１４との間に設けられた絶縁部材６０によって浮遊容量Ｃ３が形成される。

ループ回路Ｌにおける浮遊容量Ｃ１、浮遊容量Ｃ２、浮遊容量Ｃ３について、インピーダンスが最小値となる周波数がそれぞれ異なっていることが好適である。例えば浮遊容量Ｃ２の誘電体となる絶縁部材４６と浮遊容量Ｃ３の誘電体となる絶縁部材６０とを同一の材料から構成する場合、その厚さを異ならせることが好適である。このように浮遊容量の周波数特性を異ならせることで、ノイズ電流を効果的に抑制することができる。

また、絶縁ねじ６２は回転電機ケーシング１０及び内燃機関ケーシング３４の固定面５６（図１参照）と支持体１４の固定面５８との導体接続を防ぐ構造であればよく、絶縁ねじ６２全体を樹脂等の絶縁材料のみから形成してもよく、また金属材料からなるねじの軸部分を絶縁材料でコーティングしたものを用いてもよい。

なお、図１、２に示す実施形態においては、回転電機ケーシング１０及び内燃機関ケーシング３４と支持体１４との間に絶縁部材６０を配置していたが、この形態に限られない。例えば図３に示すように制御ユニットケーシング１２の固定面６４と支持体１４の固定面５８との間を絶縁部材６０で挟み、両固定面５８、６４と絶縁部材６０を絶縁ねじ６２で固定するようにしてもよい。また、回転電機ケーシング１０、内燃機関ケーシング３４、制御ユニットケーシング１２のいずれも絶縁部材６０を介して支持体１４に固定するようにしてもよい。

また、図４に示すように、回転電機ケーシング１０の固定面５６と支持体１４の固定面５８との間に絶縁部材６０を挟み、両固定面５６、５８と絶縁部材６０を絶縁ねじ６２で固定するとともに、回転電機ケーシング１０と内燃機関ケーシング３４との連結部分を絶縁部材６０で挟んで絶縁ねじ６２で固定するようにしてもよい。内燃機関ケーシング３４が支持体１４とは別の周辺機器と導体接触している場合には当該接触部分にも絶縁体を挟む必要があるが、この実施形態によれば回転電機ケーシング１０と内燃機関ケーシング３４との連結部材に絶縁部材６０を挟んでいるので、内燃機関ケーシング３４と接触する周辺機器に対する絶縁対策を施す必要がない等の利点がある。

また、図５に示すように、回転電機１６Ａ、１６Ｂの固定子２２と回転電機ケーシング１０の挿入溝２６の間を絶縁部材６０で挟むとともに、固定子２２と挿入溝２６と絶縁部材６０を絶縁ねじ６２で固定するようにしてもよい。このようにすることで回転電機１６Ａ、１６Ｂから回転電機ケーシング１０へのノイズ電流の流入が規制されるから、支持体１４を経由するループ回路Ｌのノイズ電流量に加えて静電シールド５２を経由するループ回路Ｌのノイズ電流量も抑制することができる等の利点がある。

１０回転電機ケーシング、１２制御ユニットケーシング、１４支持体、１６Ａ，１６Ｂ回転電機、１８シャフト、２０回転子、２２固定子、２３コイル、２４固定部、２５ステータコア、２６挿入溝、２８ねじ、３０内燃機関、３２ギアトレーン、３４内燃機関ケーシング、４２Ａ，４２Ｂインバータ、４４ＤＣ／ＤＣコンバータ、４６絶縁部材、４８Ａ，４８Ｂシールド線、５０芯線、５２静電シールド、５６回転電機ケーシング側固定面、５８支持体側固定面、６０絶縁部材、６２絶縁ねじ、６４制御ユニットケーシング側固定面。

Claims

インバータを収容する制御ユニットケーシングと、
前記インバータから交流電流が供給される回転電機を収容する回転電機ケーシングと、
前記制御ユニットケーシングと前記回転電機ケーシングを固定する支持体と、
を備え、
前記制御ユニットケーシングと前記回転電機ケーシングの少なくともどちらか一方は絶縁体を介して前記支持体に固定されていることを特徴とする電気機器。
インバータを収容する制御ユニットケーシングと、
前記インバータから交流電流が供給される回転電機を収容する回転電機ケーシングと、
前記制御ユニットケーシングと前記回転電機ケーシングを固定する支持体と、
を備え、
前記回転電機の固定子は絶縁体を介して前記回転電機ケーシングに固定されていることを特徴とする電気機器。