JP2016060335A - インバータの車載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、簡易にインバータの騒音を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。そして、物品収容ボックス２２の下面２３が前下がりになるように傾斜しているとともに下面２３に車両前後方向に伸びる複数の溝２４が設けられている。
【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。

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。そして、物品収容ボックスの下面が前下がりになるように傾斜しているとともにその下面に車両前後方向に伸びる複数の溝が設けられている。ここで、「下面が前下がりである」とは、下面の車両前側が車両後側よりも下がっていることを示す。

このような構成によれば、インバータからの騒音は、物品収容ボックスの傾斜した下面に反射して、車両後方に伝達する。リアシートから遠い車両後方に騒音が伝達することで、リアシートに伝達する騒音が低減することが期待される。また、下面に設けられた溝も、インバータからの騒音を低減する効果が期待される。車両前後方向に伸びる溝と傾斜した下面との相乗効果によりインバータの騒音が低減することが期待される。

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。 リアインバータの車載構造の上面図である。 図３のV−V線におけるデッキボックスの拡大断面図である。

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１２ａ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１２ａ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、図４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。なお、リアインバータ１２には、半導体素子等の電子部品が内蔵されている。図３に示す断面図では、リアインバータ１２の内部はハッチングにより省略されている。

リアインバータ１２は、ブラケット２６、２７によりリアフロアパネル２５に固定されている。リアインバータ１２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。図３に示すように、リアインバータ１２は窪み２５ａにおいて車両前側に片寄って配置されている。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１２ａが備えられている。図中では、冷却ファン１２ａ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。

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は樹脂製である。デッキボックス２２の上面には、複数の収容窪み２２ａ、２２ｂが設けられている。収容窪み２２ａ、２２ｂは収容される工具類の形状に沿って形成されている。収容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、複数の支持脚２８によりリアフロアパネル２５に支持されている（図３、４参照）。

デッキボックス２２の下面２３はリアインバータ１２の上方を覆っている。図４は、リアインバータ１２の車載構造の上面図である。図４では、デッキボード２１が省略されている。図４では、デッキボックス２２の収容窪み２２ａ、２２ｂも省略されている。図４では、デッキボックス２２により隠れているリアインバータ１２は２点鎖線で示される。図４に示すように、リアインバータ１２は下面２３に覆われている。

図３に示すように下面２３は、前下がりになるように傾斜している。別言すれば、下面２３は、車両前側が車両後側より低くなるように傾斜している。下面２３は、リアインバータ１２の上面に対向する面である。

下面２３には、車両前後方向に伸びる複数の平行な溝２４が設けられている。図５は図３のV−V線におけるデッキボックス２２の拡大断面図である。V−V線おける断面は下面２３と直交する。図５に示すように、溝２４の断面形状は矩形である。複数の溝２４の幅と高さは全て同一である。溝２４の幅に符号Ｗを付し、溝２４の高さに符号Ｈを付す。図５では、代表して１つの溝２４に符号Ｗと符号Ｈを付している。

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。インバータでは、この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１２ａを備えている。冷却ファン１２ａ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。発明者は、工具類を収容するためのデッキ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。

上述の構成によれば、リアインバータ１２からの騒音は、下面２３とリアインバータ１２、リアフロアパネル２５の間で反射する。ここで、下面２３（リアインバータ１２の上面と対向する面）は前下がりに傾斜している。この傾斜した下面２３によりインバータの騒音は、車両後方に向かって反射する。騒音が車両後方、即ちリアシート３２ｂから遠い方向に反射することにより、リアシート３２ｂに伝達する騒音の低減が期待される。

また、下面２３に設けられている車両前後方向に伸びる溝２４でもインバータからの騒音を低減する効果が期待される。車両前後方向に伸びる溝２４と傾斜した下面２３との相乗効果によりインバータの騒音の更なる低減が期待される。

ここで、溝２４の高さＨ及び幅Ｗは、騒音の周波数に基づいて設計される。例えば、溝２４の高さＨ及び幅Ｗは、騒音の波長と同じになるように設計される。騒音の波長は、騒音の速度（空気中の音速）／騒音の周波数（インバータのキャリア周波数）で計算される。騒音の周波数（インバータのキャリア周波数）を１０［ｋＨｚ］、空気中の音速を３４０［ｍ／ｓ］として計算すると、騒音の波長は３．４［ｃｍ］となる。溝２４の高さＨ及び幅Ｗを３．４［ｃｍ］とすることで、インバータの騒音を効果的に低減することが期待される。

また、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。

また、上述したように、リアインバータ１２は発熱する。デッキボックス２２の下面２３が前下がりに傾斜していることにより、デッキボックス２２とリアフロアパネル２５の間の空間において車両前側の空間より車両後側の空間の方が広い。従って、リアインバータ１２から発生する熱は車両後方に拡散しやすく、窪み２５ａにおいて車両前側に片寄って配置されるリアインバータ１２の周囲に熱が滞留し難くなることが期待される。

「デッキボックス２２」が「物品収容ボックス」の一例である。「リアインバータ１２」が「インバータ」の一例である。

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。実施例において、デッキボックスの下面は前下がりに傾斜している。騒音を低減するためには、デッキボックスの下面の少なくともリアインバータ１２と対向する領域が前下がりに傾斜していればよい。「下面が前下がりである」とは、下面の車両前側が車両後側よりも下がっていることを意味する。さらに別言すれば、「下面が前下がりである」とは、下面の車両前端の地面からの高さが、下面の車両後端の地面からの高さよりも低いことを意味する。

実施例の車載構造を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。

騒音の低減効果を高めるために、溝の内面に吸音材が取り付けられても良い。吸音材は、例えば、ウレタン、グラスウール、フェルト、発泡材等である。なお、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。

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。

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：冷却ファン
１３：後輪
１４：パワーケーブル
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
２３：下面
２４：溝
２５：リアフロアパネル
２６、２７：ブラケット
２８：支持脚
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、
   前記インバータの上方に配置されている物品収容ボックスと、
   を備えており、
   前記物品収容ボックスの下面が前下がりになるように傾斜しているとともに前記下面に車両前後方向に伸びる複数の溝が設けられ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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