JP2022118472A - 電動車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】構造が大型化することなく、オイルを用いてモータとインバータを冷却すること。【解決手段】モータと、モータを収容するモータケースと、モータにオイルを供給してモータを冷却する冷却パイプと、モータを駆動するインバータと、インバータとモータとを電気的に接続するバスバーと、を備え、インバータがモータケースと一体化された構造を有する電動車両であって、冷却パイプは、モータケースの内部でモータよりも上方の位置に設けられ、オイルを接続部材に吐出する供給孔を有し、バスバーは、モータケースの内部において、モータの回転中心よりも上方かつ供給孔よりも下方の位置で、モータの外径よりも径方向内側に設けられている。【選択図】図1

Description

本発明は、電動車両に関する。
特許文献1には、インバータがモータケースと一体化された構造を有する電動車両において、デファレンシャルギヤによって掻き上げられた潤滑油をインバータに供給し、インバータを冷却する冷却構造が開示されている。
特開2007-159314号公報
しかしながら、特許文献1に記載の構成では、掻き上げられた潤滑油をインバータへ誘導するための通路を設ける必要があり、構造が大型化してしまう。また、モータが駆動していない場合には、デファレンシャルギヤが回転せず潤滑油を掻き上げることができないため、モータとインバータを潤滑油で冷却することができない虞がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、構造が大型化することなく、オイルを用いてモータとインバータを冷却することができる電動車両を提供することを目的とする。
本発明は、回転電機と、前記回転電機を収容するモータケースと、前記回転電機にオイルを供給し、前記回転電機を冷却する冷却機構と、前記回転電機を駆動するインバータと、前記インバータと前記回転電機とを電気的に接続する接続部材と、を備え、前記インバータが前記モータケースと一体化された構造を有する電動車両であって、前記冷却機構は、前記モータケースの内部で前記回転電機よりも上方の位置に設けられ、前記接続部材に前記オイルを吐出する供給孔を有し、前記接続部材は、前記モータケースの内部において、前記回転電機の回転中心よりも上方かつ前記供給孔よりも下方の位置で、前記回転電機の外径よりも径方向内側に設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、回転電機にオイルを供給する冷却機構を利用して、インバータと回転電機との接続部材にオイルを供給することができる。これにより、構造が大型化することなく、オイルを用いて回転電機とインバータを冷却することができる。
また、前記インバータは、前記モータケースの上面と同一平面である第1平面と、前記モータケースの前面または後面と同一平面である第2平面と、前記モータケースの外面とに囲まれた空間内に配置されてもよい。
この構成によれば、構造の小型化および低背化により、インバータがモータケースと一体化された機電一体構造について車両搭載の自由度が向上する。また、様々な形態のトランスアクスルに対して適用可能になる。さらに、インバータがモータケースの前面または後面よりも内側に配置されていることにより、電動車両の衝突時にインバータがモータケースに守られるため、インバータの高電圧安全を確保可能である。
また、前記接続部材の一部は、前記回転電機の軸方向において前記供給孔と同じ位置に設けられてもよい。
この構成によれば、供給孔から吐出されるオイルを接続部材に届かせることが容易になる。
また、バッテリからの電力を前記インバータに供給するケーブルをさらに備え、前記ケーブルは、前記インバータの上面側または前面側から延在してもよい。
この構成によれば、ケーブルの接続相手部品の位置に応じて、ユニットを変えることなくインバータからケーブルを出す方向を変えることが可能になる。
また、前記インバータと電気的に接続された補機部品をさらに備え、前記補機部品は、前記モータケースの上方に配置され、または前記モータケースの上面に一体化されてもよい。
この構成によれば、補機部品を含めた構造の小型化および低背化を図ることができる。
また、前記冷却機構は、前記モータケースの内部で前記回転電機の上方に配置され、前記回転電機に前記オイルを吐出して前記回転電機を冷却する冷却パイプを有し、前記供給孔は、前記冷却パイプに設けられてもよい。
この構成によれば、回転電機にオイルを供給する冷却パイプを利用して、インバータと回転電機との接続部材にオイルを供給することができる。
本発明では、回転電機にオイルを供給する冷却機構を利用して、インバータと回転電機との接続部材にオイルを供給することができる。これにより、構造が大型化することなく、オイルを用いて回転電機とインバータを冷却することができる。
図1は、実施形態の電動車両が備えるモータとインバータを模式的に示す図である。 図2は、モータケースの内部構造を説明するための模式図である。 図3は、バスバーに供給されるオイルを説明するための図である。 図4は、複軸構造の動力伝達装置を収容するトランスアクスルケースを模式的に示す図である。 図5は、ケーブルの接続位置を説明するための図である。 図6は、ケーブルの接続位置について別の例を示す図である。 図7は、モータケースに対する充電器の配置を説明するための図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における電動車両について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
図1は、実施形態の電動車両が備えるモータとインバータを模式的に示す図である。図2は、モータケースの内部構造を説明するための模式図である。電動車両1は、モータ10と、インバータ20とを備えている。この電動車両1はモータ10を走行用の動力源とする車両である。
モータ10は、モータケース11に回転不能に固定されている円環状のステータ12と、ステータ12の内周側に配置されている円環状のロータ13と、ロータ13の内周に連結されているロータ軸14とを備えている。モータケース11は、モータ10を収容するケース部材である。モータケース11の内部にはステータ12とロータ13とロータ軸14とが収容されている。ステータ12は、図2に示すように、ステータコア15とステータコイル16とを含んで構成される。ステータコア15には、ステータコイル16が巻き掛けられている。ステータコイル16は、ステータコア15の軸方向両端側にコイルエンド部を形成している。ロータ13は、ロータ軸14と一体回転する回転子である。ロータ13の内部には永久磁石17が埋め込まれている。ロータ軸14は、軸方向の両側に配置されている一対の軸受を介してモータケース11に対して回転可能に支持されている。このように、モータ10はロータ13に永久磁石17が埋め込まれた三相交流モータであって、モータ機能および発電機能を発揮する回転電機(モータ・ジェネレータ)である。
また、モータ10は動力伝達装置を介して駆動輪と機械的に連結されており、電動車両1を駆動するためのトルクを発生する。電動車両1の制動時、モータ10は電動車両1の運動エネルギの入力を受けて発電(回生)を行うことも可能である。例えば電動車両1がハイブリッド車両である場合、モータ10はエンジンに機械的に連結され、エンジンの動力により回生を行うことも、エンジンの動力をアシストすることも可能である。
インバータ20は、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置である。このインバータ20はインバータケース21の内部に収容されている。インバータケース21は、インバータ20を収容するケース部材であり、モータケース11に取り付けられている。つまり、インバータ20はモータケース11に一体化されている。そして、インバータ20は、図2に示すように、インバータケース21の内部に収容された電子部品22を備えている。電子部品22は、インバータ内部部品であって、複数のスイッチング素子およびダイオードを含む。
例えばインバータ20は、p側スイッチング素子およびn側スイッチング素子を含むU相アームと、p側スイッチング素子およびn側スイッチング素子を含むV相アームと、p側スイッチング素子およびn側スイッチング素子を含むW相アームとを備えている。インバータ20の各スイッチング素子は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などにより構成されている。また、インバータ20の各相アームは、バッテリの正極に接続された正極線とバッテリの負極に接続された負極線との間に並列に接続されている。つまり、インバータ20はバッテリと電気的に接続されている。インバータ20のスイッチング素子には、エミッタ側からコレクタ側へと電流を流すダイオードが接続されている。そして、各相アームのp側スイッチング素子とn側スイッチング素子との中間点は、それぞれモータ10の各相コイル(U相コイル,V相コイル,W相コイル)に接続されている。
また、バッテリはモータ10に供給するための電力を蓄える蓄電装置であって、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池である。このバッテリはインバータ20を介してモータ10と電気的に接続されている。バッテリに蓄えられた電力はインバータ20を介してモータ10に供給される。
また、インバータ20は、バスバー30を介してモータ10と電気的に接続されている。バスバー30は、モータ10とインバータ20とを電気的に接続する接続部材であって、三相バスバーである。このバスバー30は、モータ10の各相コイルに接続されるとともにインバータ20の各相電力線に接続される。例えばバスバー30は、図1に示すように、モータ10のU相コイルおよびインバータ20のU相電力線に接続されるU相バスバー31と、モータ10のV相コイルおよびインバータ20のV相電力線に接続されるV相バスバー32と、モータ10のW相コイルおよびインバータ20のW相電力線に接続されるW相バスバー33とを有する。
また、バスバー30は、図2に示すように、各相においてインバータ20側のバスバー30Aとモータ10側のバスバー30Bとを有する。インバータ20側のバスバー30Aは、電子部品22から突出しており、その先端側(一方端側)が端子台40に設置されている。端子台40は、配線接続用の部品である。
図2に示すように、端子台40はインバータケース21の内部からモータケース11の内部へと突出するようにモータケース11を貫通して設けられている。そのため、インバータ20側のバスバー30Aの一方端側は、端子台40に設置された状態でモータケース11の内部に配置されている。そして、モータケース11の内部において、インバータ20側のバスバー30Aはモータ10側のバスバー30Bと接続されている。例えば、ボルト締結によりバスバー30Aとバスバー30Bとが接続される。一方、インバータ20側のバスバー30Aの他方端は、インバータケース21の内部で電子部品22(例えばインバータ20の各相電力線)と接続されている。
また、モータ10側のバスバー30Bは、モータケース11の内部において、ステータコイル16のコイルエンド部から突出している。そして、このバスバー30Bの一方端側が端子台40においてインバータ20側のバスバー30Aと接続されている。この一対のバスバー30A,30Bは軸方向に対向するように配置されて接触している。なお、軸方向は、ロータ軸14の軸方向であり、モータ10の軸方向を表す。また、ロータ13およびロータ軸14の回転中心Oをモータ10の回転中心Oと記載する場合がある。
さらに、モータケース11の外側では、インバータケース21がモータケース11に取り付けられている。例えばインバータケース21は、図2に示すように、ボルト締結によってモータケース11と一体化されている。また、インバータ20は、図3に示すように、モータケース11の上面11aと同一平面である第1平面101と、モータケース11の前面11bと同一平面である第2平面102と、モータケース11の外面11cとに囲まれた空間103内に配置されている。つまり、インバータ20はモータケース11の上面11aよりも低い位置に配置される。そして、モータケース11の前面11bよりも内側(後方側)にインバータ20が収められている。
また、モータケース11の内部には、モータ10にオイルを供給してモータ10を冷却する冷却パイプ50が設けられている。冷却パイプ50は、鉛直方向においてモータ10の上方に配置され、パイプ内部をオイルが流通する。
電動車両1は、モータ10にオイルを供給し、モータ10を冷却する冷却機構を備えている。冷却機構は、オイルポンプと、モータケース11に形成されたケース油路と、冷却パイプ50と、オイル貯留部とを備える。オイル貯留部はモータケース11の下部に形成されたオイルパンなどにより構成される。オイルポンプは、オイル貯留部に貯留されたオイルを吸入して、ケース油路にオイルを吐出する。ケース油路は冷却パイプ50と接続されている。ケース油路および冷却パイプ50の内部をオイルが圧送される。そして、ステータ12の上方に配置された冷却パイプ50は、軸方向に沿って延在しており、モータケース11の内部でオイルを軸方向に流通させる。
この冷却パイプ50には、モータ10にオイルを吐出する吐出孔が設けられている。吐出孔は、モータ10の上方に配置され、モータ10に向けて開口している。そのため、モータケース11の内部では、冷却パイプ50の吐出孔からモータ10に向けて鉛直方向下方にオイルが吐出される。これにより、冷却パイプ50の下方に位置するモータ10にオイルが供給される。そして、このオイルはモータ10に供給された後にオイル貯留部に貯留される。つまり、冷却機構によって、再び冷却パイプ50へと戻るようにオイルが循環させられる。このように冷却機構はオイルを循環させる循環機構である。
また、電動車両1では、モータ10を冷却するオイルを利用してバスバー30を冷却するように構成されている。つまり、モータ10を冷却するための冷却機構を、バスバー30やインバータ20を冷却するための冷却機構として用いるように構成されている。そこで、冷却パイプ50は、バスバー30にオイルを吐出する供給孔51を有する。なお、図3に示す破線の矢印は、冷却パイプ50の供給孔51から吐出されたオイルが供給される方向を例示したものである。
供給孔51は、モータケース11の内部でモータ10よりも上方の位置に設けられ、バスバー30に向けて開口している。バスバー30は、供給孔51よりも鉛直方向下方に配置されている。図1に示すように、バスバー30のうちモータケース11の内部に配置された部分は、鉛直方向においてモータ10の回転中心Oよりも上方、かつ供給孔51よりも下方の位置で、モータ10の外径よりも径方向内側に配置されている。モータ10の外径は、ステータ12の外径を表す。これにより、図3に示すように、冷却パイプ50の供給孔51から吐出されたオイルをバスバー30に供給することができる。また、バスバー30に向けて吐出されたオイルは、インバータ20が配置された位置におけるモータケース11の内面に供給されることになる。そのため、インバータ20に近い位置のモータケース11をオイルによって冷却することができる。
また、バスバー30のうちモータケース11の内部に配置された部分は、図2に示すように、ステータコイル16のコイルエンド部よりも軸方向外側に配置されている。そのため、バスバー30の軸方向位置に対応する位置に供給孔51が配置されている。つまり、バスバー30の一部は、軸方向において供給孔51と同じ位置に設けられている。すなわち、軸方向においてバスバー30の一部と供給孔51とは同じ位置に配置されている。これにより、供給孔51から吐出されたオイルをバスバー30に供給することが容易になる。このように冷却パイプ50には、モータ10に向けてオイルを吐出するための吐出孔(モータ冷却用の孔)と、バスバー30に向けてオイルを吐出するための供給孔51(バスバー冷却用の孔)とが設けられている。そして、モータ冷却用の吐出孔とバスバー冷却用の供給孔51とが軸方向で異なる位置に設けられている。
以上説明した通り、実施形態によれば、冷却パイプ50から吐出されるオイルをバスバー30に供給することができる。バスバー30をオイルで冷却することにより、モータ10で生じた熱がバスバー30を介してインバータ20へ伝達することを抑制できる。つまり、モータ10にオイルを供給する冷却パイプ50を利用して、バスバー30とモータケース11とインバータ20とを冷却することができる。そのため、バスバー30とモータケース11とインバータ20とを冷却するための追加部品が不要である。これにより、構造が大型化することなく、オイルを用いてモータ10とインバータ20を冷却することができる。
また、モータケース11に一体化されたインバータ20は、モータ10の斜め上に配置され、モータケース11の上面11aよりも下方の位置に配置されている。そのため、インバータ20を低い位置に配置可能になり、ユニット(機電一体構造)の高さを低くすることが可能になる。
さらに、インバータ20の搭載位置は、モータケース11の上面11aと前面11bからはみ出さない位置となっている。これにより、インバータ20とモータケース11とが一体化された機電一体構造の低背化および小型化が可能になり、ユニット搭載の自由度が向上する。また、モータケース11の前面11bよりも内側にインバータ20が配置されていることにより、電動車両1の衝突時には、インバータ20がモータケース11に守られるため、インバータ20の高電圧安全を確保することが可能になる。
なお、電動車両1はハイブリッド車両に限らず、電気自動車であってもよい。
また、電動車両1では、モータ10と駆動輪との間に設けられた動力伝達装置の構成は特に限定されない。つまり、動力伝達装置は、単軸構造の変速機(一軸減速機)を含んでもよく、あるいは複軸構造の変速機(複軸減速機)を含んでもよい。上述した実施形態では、モータ10と同一軸線上にドライブシャフトが配置された動力伝達装置について説明した。そのため、変形例として、複軸減速機を含む動力伝達装置を搭載した電動車両1であってもよい。この変形例を図4に例示する。
図4に示すように、変形例の電動車両1では、モータ10とは異なる軸線上にドライブシャフト70が配置されている。この場合、モータケース11は、動力伝達装置を収容するトランスアクスルケース60と一体化されている。そして、モータケース11の内部とトランスアクスルケース60の内部とが連通されている。トランスアクスルケース60内に設けられた動力伝達装置を潤滑するためのオイルと、モータケース11内に設けられたモータ10およびバスバー30を冷却するためのオイルとが共通である。
また、この変形例では、トランスアクスルケース60の上面60aと前面60bからはみ出さない位置にインバータ20が配置されている。インバータ20は、図4に示すように、トランスアクスルケース60の上面60aと同一平面である第1平面101と、トランスアクスルケース60の前面60bと同一平面である第2平面102と、トランスアクスルケース60の外面60cとに囲まれた空間103内に配置されている。例えば、モータケース11の上面11aとトランスアクスルケース60の上面60aとは同じ高さに形成されている。そのため、インバータ20はモータケース11の上面11aおよびトランスアクスルケース60の上面60aよりも低い位置に配置される。一方、トランスアクスルケース60の前面60bはモータケース11の前面11bよりも前方に位置する。そのため、トランスアクスルケース60の前面60bよりも内側(後方側)にインバータ20が収められている。
また、インバータ20は、モータケース11の前面11b側に限らず、モータケース11の後面側に配置されてもよい。例えば、インバータ20は、モータケース11の上面11aと同一平面である第1平面101と、モータケース11の後面11dと同一平面である第2平面104(図7に示す)と、モータケース11の外面11cとに囲まれた空間103内に配置されてもよい。この場合、モータケース11の後面11dよりも内側(前方側)にインバータ20が収められている。
さらに、モータ10が一軸減速機と連結された構造の場合、図1に示すように、モータケース11の上面11aおよび前後面からはみ出ない位置にインバータ20を搭載することが可能になる。そして、モータ10が複軸減速機と連結された構造の場合、図4に示すように、トランスアクスルケース60の上面60aおよび前後面からはみ出ない位置にインバータ20を搭載することが可能になる。このように、ロータ軸14とドライブシャフト70とが平行に配置された複軸構造であっても、衝突時にインバータ20がトランスアクスルケース60とモータケース11により守られるため、インバータ20の高電圧安全が確保可能である。
また、インバータ20にバッテリからの高電圧の電力を供給するケーブル80は、インバータケース21の上面21a側と前面21b側のどちらに接続されてもよい。図5に示すように、ケーブル80はインバータケース21の上面21aから延在し、ケーブル80をインバータケース21およびモータケース11の上方に配置することが可能である。あるいは、図6に示すように、ケーブル80はインバータケース21の前面21bから延在して、ケーブル80をインバータケース21およびモータケース11の前方に配置してもよい。これにより、ケーブル80の接続相手部品(例えば、バッテリや充電器など)の位置に応じてユニットを変えることなく、ケーブル80を出す方向を変えることが可能になる。
また、別の変形例として、充電器等の補機部品90をモータケース11の上方に配置してもよい。例えば、図7に示すように、モータケース11の上方の空間に補機部品90を配置してもよい。なお、モータケース11の上面11aおよびインバータケース21の上面21aに補機部品90を一体化させてもよい。また、補機部品90はインバータ20と電気的に接続されている。この場合、補機部品90とインバータ20とはケーブル80を介して接続されてもよく、あるいはバスバー(バスバー30とは異なる)を介して接続されてもよい。
また、冷却機構が備えるオイルポンプは電動ポンプにより構成されている。そのため、モータ10が駆動していない状態であっても、電動ポンプを駆動可能であるため、バスバー30およびモータ10にオイルを供給することが可能である。
1 電動車両
10 モータ(回転電機)
11 モータケース
20 インバータ
21 インバータケース
30 バスバー(接続部材)
50 冷却パイプ
51 供給孔

Claims (6)

  1. 回転電機と、
    前記回転電機を収容するモータケースと、
    前記回転電機にオイルを供給し、前記回転電機を冷却する冷却機構と、
    前記回転電機を駆動するインバータと、
    前記インバータと前記回転電機とを電気的に接続する接続部材と、
    を備え、前記インバータが前記モータケースと一体化された構造を有する電動車両であって、
    前記冷却機構は、前記モータケースの内部で前記回転電機よりも上方の位置に設けられ、前記接続部材に前記オイルを吐出する供給孔を有し、
    前記接続部材は、前記モータケースの内部において、前記回転電機の回転中心よりも上方かつ前記供給孔よりも下方の位置で、前記回転電機の外径よりも径方向内側に設けられている
    ことを特徴とする電動車両。
  2. 前記インバータは、前記モータケースの上面と同一平面である第1平面と、前記モータケースの前面または後面と同一平面である第2平面と、前記モータケースの外面とに囲まれた空間内に配置されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の電動車両。
  3. 前記接続部材の一部は、前記回転電機の軸方向において前記供給孔と同じ位置に設けられている
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の電動車両。
  4. バッテリからの電力を前記インバータに供給するケーブルをさらに備え、
    前記ケーブルは、前記インバータの上面側または前面側から延在している
    ことを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか一項に記載の電動車両。
  5. 前記インバータと電気的に接続された補機部品をさらに備え、
    前記補機部品は、前記モータケースの上方に配置され、または前記モータケースの上面に一体化されている
    ことを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか一項に記載の電動車両。
  6. 前記冷却機構は、前記モータケースの内部で前記回転電機の上方に配置され、前記回転電機に前記オイルを吐出して前記回転電機を冷却する冷却パイプを有し、
    前記供給孔は、前記冷却パイプに設けられている
    ことを特徴とする請求項1から5のうちのいずれか一項に記載の電動車両。
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