JP2016052854A - インバータの車載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、電動車両においてリアシートの後方に搭載するインバータからの騒音を簡易に低減する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示するインバータの車載構造は、電動車両の駆動用モータを制御するインバータ１２をリアシートの後方に配置している。インバータ１２の上方には、物品収容ボックス２２が配置されている。物品収容ボックス２２は、吸音材で作られているとともに、その下面がインバータ１２の上面に当接している。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、電動車両の駆動用のモータを制御するインバータの車載構造に関する。本明細書における「電動車両」には、電気自動車及びモータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車を含む。また、電動車両には燃料電池車も含まれる。

特許文献１にエンジンと共に駆動補助用のモータを備えるハイブリッド車が開示されている。このハイブリッド車には、駆動補助用のモータに接続されるインバータが備えられる。車載バッテリからの電力はインバータにより変換されモータへ供給される。特許文献１において、インバータはリアシートの後面に配置される。リアシートの後面は乗員に近いためインバータからの騒音が問題となる。特許文献１では、インバータからの騒音を吸収するためにインバータに吸音材が備えられる。

特開２００５−３２４７７１号公報

インバータをリアシートの後方に搭載した場合、特許文献１に示すようにインバータからの騒音が問題となる。本明細書では、特許文献１より簡易に、リアシートの後方に搭載するインバータからの騒音を低減する技術を開示する。

電動車両はリアシートの後方にラゲッジルームを備える場合がある。多くの電動車両において、ラゲッジルームの下方には、乗員が使用する工具等を収容するための物品収容ボックスが備えられる。物品収容ボックスは、デッキボックスと呼ばれることもある。発明者らは従来からあるその物品収容ボックスを利用して、インバータの騒音を低減することを発案した。

本明細書が開示するインバータの車載構造は、電動車両の駆動用モータを制御するインバータをリアシートの後方に配置している。インバータの上方には、物品収容ボックスが配置されている。物品収容ボックスは、吸音材で作られているとともに、その下面がインバータの上面に当接している。

このような構成によれば、従来からある物品収容ボックス（デッキボックス）を吸音材で作るとともにその下面をインバータの上面に当接させることで、インバータからの騒音をデッキボックスに吸収させることができる。即ち、リアシートの後方に配置されたインバータの騒音を簡易に低減することができる。

本明細書が開示する技術によれば、従来からある部品を利用することでリアシートの後方に配置されたインバータの騒音を簡易に低減することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のインバータの車載構造を備えたハイブリッド車の電力系のブロック図である。 ハイブリッド車の模式的側面図である。 リアインバータの車載構造の側面図である。 デッキボックスの上面図である。 リアインバータのケースカバーの上面図である。 リアフロアパネルの上面図である。

図面を参照して実施例のインバータの車載構造を説明する。実施例のインバータの車載構造はハイブリッド車２００に備えられる。図１に、ハイブリッド車２００の電力系のブロック図を示す。ハイブリッド車２００は、前輪７を駆動するための３相交流モータであるフロントモータ３及びエンジン４を備えている。フロントモータ３及びエンジン４からの出力トルクは、動力分配機構５により合成され、デファレンシャルギア６を介して前輪７に伝達される。なお、動力分配機構５は、エンジン４の出力トルクを前輪７とフロントモータ３に分配する場合もある。その場合、ハイブリッド車２００は、エンジン４の動力で走行しつつ、フロントモータ３で発電する。発電された電力は、後述するバッテリ１６に充電される。

また、ハイブリッド車２００は、後輪１３を駆動するための３相交流モータであるリアモータ９を備えている。リアモータ９は補助的な駆動源であり、メインの駆動源であるフロントモータ３と比較して出力が小さい。例えば、フロントモータ３の最大出力は５０ｋＷであり、リアモータ９の最大出力は５ｋＷである。ハイブリッド車２００は、通常はエンジン４とフロントモータ３で走行し、必要に応じてリアモータ９を補助的に駆動する。例えば雪道で滑り易い時にリアモータ９を駆動する。あるいは、坂道発進のときのトルク補助にリアモータ９を駆動する。その場合、ハイブリッド車２００は四輪駆動で走行することになる。リアモータ９と後述するリアインバータ１２は、二輪駆動のハイブリッド車のオプション装備としてユーザの要望に応じて取り付けられる。

バッテリ１６に蓄えられた電力は、フロントインバータ２により直流電力から交流電力に変換される。変換された電力はフロントモータ３に供給される。フロントインバータ２は、直流電力を交流電力に変換するインバータ回路と共に直流電力の電圧を昇圧する電圧コンバータ回路を内蔵している。なお、電圧コンバータ回路は、フロントモータ３からの回生電力を降圧してバッテリ１６に充電するための降圧回路として機能する場合もある。また、バッテリ１６に蓄えられた電力は、リアインバータ１２により直流電力から交流電力に変換される。変換された電力はリアモータ９に供給される。リアモータ９はフロントモータ３と比較して出力が小さい。その定格電圧はバッテリ１６の出力電圧と等しい。それゆえ、リアインバータ１２は、フロントインバータ２と異なり、電圧コンバータ回路は備えない。フロントインバータ２及びリアインバータ１２は統括コントローラ１７に接続される。、統括コントローラ１７は、ハイブリッド車２００の走行状況に応じて、フロントインバータ２及びリアインバータ１２を集中制御する。また、フロントインバータ２とリアインバータ１２は中継器１５によりバッテリ１６と並列に接続される。フロントインバータ２と中継器１５の間はパワーケーブル８で接続されており、リアインバータ１２と中継器１５の間はパワーケーブル１４で接続されている。また、リアインバータ１２には、後述する冷却ファン１２ｄが備えられる。なお、フロントインバータ２にも冷却ファンが備えられる場合もある。図１では、リアインバータ１２の冷却ファン１２ｄのみ図示している。

ハイブリッド車２００のフロントインバータ２及びリアインバータ１２の車載レイアウトを説明する。図２はハイブリッド車２００の車両横方向から視た模式的側面図で、車両横方向の略中央に沿った断面図である。車両の外郭及びフロントシート３２ａ及びリアシート３２ｂは図面の見易さを考慮して２点鎖線で描かれている。フロントインバータ２の断面は省略してハッチングで示す。図２に示すように、フロントインバータ２は車両前方に配置されている。フロントインバータ２は車両前方のフロントコンパートメント内に設置されている。図２ではフロントコンパートメントの詳細な図は省略されている。また、フロントコンパートメント内にはフロントモータ３、エンジン４及び動力分配機構５が設置されているが、図２では図示が省略されていることに留意されたい。なお、図２では、車両前方及び車両後方を示す矢印が図示されている。図３から図６についても図２と同じ方向を示すために、車両前方及び車両後方を示す矢印が図示されている。

リアモータ９は車両後方に配置されている。図２では、リアモータ９の図示が省略されている。リアインバータ１２は、電力損失を低く抑えるためにリアモータ９に近い車両後方に配置されることが望ましい。リアインバータ１２はリアシート３２ｂの後方（車両後方）のラゲッジルーム３１に配置される。ラゲッジルーム３１の下方には、リアフロアパネル２５とラゲッジルーム３１の床となるデッキボード２１が備えられている。デッキボード２１の下方には後述するデッキボックス２２が備えられている。リアインバータ１２はリアフロアパネル２５とデッキボックス２２の間に配置されている。リアインバータ１２の車載構造の詳細は図３を参照して後述する。なお、本明細書において、「上方」は車両の上下方向における上方を示し、「下方」は車両の上下方向における下方を示す。

バッテリ１６はリアシート３２ｂの下方で、リアフロアパネル２５からフロントシート３２ａ及びリアシート３２ｂの下方へと延びるキャビンフロアパネル２９の上面に配置される。バッテリ１６からの電力は中継器１５によりフロントインバータ２及びリアインバータ１２に供給される。中継器１５とフロントインバータ２を接続しているパワーケーブル８は、図２では簡略化し、太線で描かれている。中継器１５とリアインバータ１２を接続しているパワーケーブル１４も太線で描かれている。パワーケーブル８、１４の配策レイアウトについても図２では簡略化して描かれている。

リアインバータ１２の車載構造について説明する。図３は、図２の破線領域IIIの拡大図である。図３に示すように、リアインバータ１２は、デッキボックス２２とリアフロアパネル２５により仕切られた空間に配置されている。リアインバータ１２は、リアフロアパネル２５に設けられている窪み２５ａ内に設置される。

リアインバータ１２は、ケース本体１２ｂと、ケース本体１２ｂの上方の開口を塞いでいるケースカバー１２ａと、ケース本体１２ｂに収容されているインバータ本体１２ｃにより構成されている。リアインバータ１２の上面は、ケースカバー１２ａの上面となる。インバータ本体１２ｃは、インバータ回路に用いられる半導体素子やコンデンサ等で構成されているモジュールである。図３では、インバータ本体１２ｃの断面はハッチングにより省略されている。ケース本体１２ｂの車両前後方向の両側面には車両前後方向に伸びるフランジが設けられている。車両前方のフランジは、窪み２５ａの車両前側に配置されているブラケット２７によりリアフロアパネル２５に固定されている。車両後方のフランジは、窪み２５ａの中央付近に配置されているブラケット２６によりリアフロアパネル２５に固定されている。また、リアインバータ１２には、半導体素子等の電子部品からの発熱を冷却するための冷却ファン１２ｄが備えられている。図中では、冷却ファン１２ｄは簡略化して描かれている。なお、パワーケーブル１４とリアインバータ１２の接続構造も簡略化して描かれている。

ケース本体１２ｂは、アルミダイカストで作られている箱である。一方、ケースカバー１２ａは、薄肉の鉄板をプレス加工することにより作られる。ケースカバー１２ａはケース本体１２ｂと比較して剛性が低い。

リアインバータ１２の上方であってデッキボード２１の下方には、デッキボックス２２が配置されている。デッキボックス２２は、乗員が使用する工具類を収容するためのボックスである。デッキボックス２２の上面には、複数の窪み２３ａ、２３ｂ、２３ｃが設けられている。各窪みは収容される工具類の形状に沿って形成されている。窪みに工具類が嵌ることで工具類をデッキボックス２２に収容することができる。デッキボックス２２に収容される工具類は、デッキボード２１を外すことにより取り出すことが可能となる。

デッキボックス２２は吸音材で作られる。吸音材は通過する音のエネルギを吸収する材料である。音は吸音材を通過する際に減衰する。例えば、デッキボックス２２は吸音材として発泡材により成形される。また、デッキボックス２２の下面には、後述する支持脚２４ａ、２４ｂを避けた位置にフェルト２８が取り付けられている。フェルト２８はデッキボックス２２の吸音効果を高めるために取り付けられる。

デッキボックス２２の下面には、支持脚２４ａ、２４ｂが設けられている。図４は、デッキボックス２２の車両上方から見た上面図である。図４の破線で示す部位が、支持脚２４ａ、２４ｂである。また、デッキボックス２２を車両上方から見たときのリアインバータ１２の位置も破線で示す。図４に示すようにリアインバータ１２は車両上方から見たときにデッキボックス２２の中央付近に配置される。支持脚２４ａもリアインバータ１２に重なるようにデッキボックス２２の中央付近に配置される。図３に示すように、支持脚２４ａはデッキボックス２２の下面からリアインバータ１２に向かって伸びている。そして、支持脚２４ａの下面はリアインバータ１２のケースカバー１２ａに当接している。ケースカバー１２ａの支持脚２４ａが当接する位置は、ケースカバー１２ａの特に振動しやすい部位に選ばれる。図５にケースカバー１２ａの上面図を示す。図５に示すように、ケースカバー１２ａの表面は、インバータ内部の部品との干渉を避けるため複数の凹凸を有している。振動し易い箇所はケースカバー１２ａの凹凸の中でも広い平面の部位である。図５の仮想線Ｐで示す部位がその凹凸の中でも広い平面の部位である。支持脚２４ａは、その広い平面の部位Ｐに当接している。また、図４に示すように、７本の支持脚２４ｂは、車両上方からみたときにデッキボックス２２の周縁付近に配置されている。図３に示すように、支持脚２４ｂはデッキボックス２２の下面からリアフロアパネル２５に向かって伸びており、支持脚２４ｂの下面はリアフロアパネル２５に当接している。支持脚２４ａ、２４ｂにより、デッキボックス２２が支持される。また、図６はリアフロアパネル２５を車両上方から見た上面図である。図６の仮想線で示した箇所が支持脚２４ａ、２４ｂが位置する箇所である。リアインバータ１２が位置する箇所も仮想線で示す。図６に示すように、支持脚２４ａは、リアインバータ１２に当接しており、支持脚２４ｂはリアフロアパネル２５に当接している。

インバータは騒音を発生する。インバータは内部の半導体素子を高速にスイッチングすることで動作する。このスイッチングの周波数を一般にキャリア周波数と称する。このキャリア周波数に起因して、インバータ内部の電子部品、例えばコンデンサが振動する。その振動がインバータのケースに伝達し、キャリア周波数の整数倍の周波数成分を有する騒音が発生する。リアインバータ１２においても、キャリア周波数に起因する騒音が発生する。その周波数帯域は例えば、７．５から１０［ｋＨｚ］である。また、リアインバータ１２は、冷却ファン１２ｄを備えている。冷却ファン１２ｄからも、その回転数に起因するファン騒音が発生する。以下、「騒音」は、特に断らない限り、キャリア周波数に起因する騒音とファン騒音を含む表現として用いる。

インバータをリアシートの後方に搭載する場合、インバータの搭載位置が乗員に近い。さらに、インバータの騒音の周波数帯域が可聴域に含まれる。そのため、インバータからの騒音が問題となる。騒音を低減する方法として、インバータとリアシートとの間に吸音材で作られた部品を設けて、騒音を吸収する方法がある。しかし、吸音材で作られた部品を追加するのでは、スペース効率が悪く、部品点数の増加となる。

上述の構成によれば、吸音材で作られたデッキボックス２２は、リアシート３２ｂとリアインバータ１２の間に配置される。従って、リアインバータ１２からの騒音はデッキボックス２２により吸収される。よって、乗員にリアインバータ１２からの騒音が伝わることが抑制される。さらに、デッキボックス２２を利用することにより、部品点数を増加させることなく簡易にリアインバータ１２の騒音を低減することができる。

一方、リアインバータ１２のケースカバー１２ａは薄肉の鉄板で作られる。そのためケース本体１２ｂに比べてケースカバー１２ａは振動しやすい。振動のし易さは、例えばイナータンスと呼ばれる値で定量化される。イナータンスは、物体に入力する力（加振力）と、それにより発生する加速度の比として定義される。イナータンスが大きいほど振動しやすい。ケースカバー１２ａはケース本体１２ｂに比べてイナータンスが大きい。リアインバータ１２のキャリア周波数に起因する振動はケース本体１２ｂ及びケースカバー１２ａに伝達する。ケースカバー１２ａはイナータンスが大きく振動しやすいため、リアインバータ１２の主な騒音源となる。

上述のように、デッキボックス２２の下面に設けられている支持脚２４ａは、ケースカバー１２ａに当接している。ケースカバー１２ａに伝達した振動により発生する騒音は、支持脚２４ａから直接デッキボックス２２に吸収される。よって、ケースカバー１２ａからの騒音を効果的に低減することができる。また、支持脚２４ａがケースカバー１２ａに当接することで、リアインバータ１２がデッキボックス２２の支持部材を兼ねている。従って、ケースカバー１２ａにはデッキボックス２２の自重が作用し、ケースカバー１２ａには荷重が加わっている。荷重により振動しやすいケースカバー１２ａを押さえることで、ケースカバー１２ａの振動を低減することができる。

また、ケースカバー１２ａの支持脚２４ａが当接する箇所はケースカバー１２ａの表面の凹凸の中で特に振動しやすい部位である広い平面の部位Ｐが選ばれる。これにより、少ない当接箇所で効率的にケースカバー１２ａの振動を低減することができる。

また、支持脚２４ａは車両上方から見たときにデッキボックス２２の中央付近に配置される。そして、支持脚２４ａはリアインバータ１２に当接している。デッキボックス２２を支持脚２４ｂだけで支える場合、デッキボックス２２の中央付近はデッキボックス２２の自重やラゲッジスペースに載せる荷物の荷重により下方にたわみ易くなる。デッキボックス２２の中央付近を支持脚２４ａを介してリアインバータ１２で支えることにより、デッキボックス２２の中央付近のたわみが抑制される。

「リアインバータ１２」が「インバータ」の一例である。「デッキボックス」が「物品収容ボックス」の一例である。また、実施例の支持脚２４ａはデッキボックス２２の下面に設けられており、支持脚２４ａはその下面の一部である。即ち、デッキボックス２２の下面の一部である支持脚２４ａがリアインバータ１２の上面に当接している。

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。フロントモータを駆動するためのインバータをリアシートの後方に配置する場合において、実施例の車載構造をそのインバータの車載構造に採用してもよい。また、実施例の車載構造を二輪駆動の電動車両に採用してもよい。

デッキボックスを形成する吸音材としては、発泡材、グラスウール、ウレタン、フェルト等でもよい。発泡材の種類として、ビーズ法発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）、多孔質ビーズ法発泡ポリプロピレン（ＰＥＰＰ）がある。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：フロントインバータ
３：フロントモータ
４：エンジン
５：動力分配機構
６：デファレンシャルギア
７：前輪
８：パワーケーブル
９：リアモータ
１２：リアインバータ
１２ａ：ケースカバー
１２ｂ：ケース本体
１２ｃ：インバータ本体
１２ｄ：冷却ファン
１３：後輪
１５：中継器
１６：バッテリ
１７：統括コントローラ
２１：デッキボード
２２：デッキボックス
２４ａ、２４ｂ：支持脚
２５：リアフロアパネル
２６、２７：ブラケット
２８：フェルト
２９：キャビンフロアパネル
３１：ラゲッジルーム
３２ａ：フロントシート
３２ｂ：リアシート
２００：ハイブリッド車

Claims (1)

1. 電動車両の駆動用モータを制御するインバータの車載構造であって、
   リアシートの後方に配置されているインバータと、
   インバータの上方に配置されており、吸音材で作られているとともに下面がインバータの上面に当接している物品収容ボックスと、
   を備えていることを特徴とするインバータの車載構造。

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