JP2023050914A - 電動パワーユニット - Google Patents

Abstract

【課題】インバータカバーの剛性を高めて該インバータカバーの共振による騒音レベルを低く抑えることができる電動パワーユニットを提供する。【解決手段】ハウジング２内に形成されたモータ収容部に電動モータを収容し、前記ハウジング２の上部に形成されたインバータ収容部にインバータを収容し、前記インバータ収容部に設けられたハーネス収納部６Ａが前記ハウジング２の端面からモータ軸方向に突出している電動パワーユニット１において、前記ハーネス収納部６Ａには、当該ハーネス収納部６Ａを下方から支える少なくとも１つの締結部７，８が形成されており、前記締結部７，８には、座面７ａ，８ａと、該座面７ａ，８ａに隣接し前記インバータ収容部の下面と接続する少なくとも１つのリブ７ｂ，７ｃ，８ｂ，８ｃが設けられており、前記ハーネス収納部６Ａは、前記座面７ａ，８ａに挿通するボルト（締結具）９によって前記ハウジング２に締結されている。【選択図】図３

Description

本発明は、電動モータを駆動源とする電動パワーユニットに関する。

近年、排気ガスを排出するエンジンを駆動源とする車両に代わって電動モータを駆動源とする電気自動車（ＥＶ車）の開発が盛んに進められている。そして、電気自動車には、駆動源である電動モータ（交流モータ）と、バッテリなどの直流電源からの直流電流を交流電流に変換して電動モータに供給するインバータ、電動モータの回転を減速（トルクアップ）させる減速機構、減速機構から左右の出力軸に出力される回転に差動を与えるディファレンシャル機構（差動機構）などをハウジング内に一体的に組み込んで構成されるパワーユニットが搭載されている。

ところで、加振源である電動モータを内蔵するパワーユニットの振動が大きい場合には、乗員に不快な振動と騒音を与えるため、パワーユニットの振動と騒音を低く抑えることが望まれている。

電動モータの振動を低く抑える方法としては、該電動モータの磁気構造によってエアギャップの距離をステータコアの各ティース先端で変化させ、ステータコアで発生する特定の電磁加振力成分を相殺して低減させる方法（特許文献１参照）、電流制御によってステータコアに生じる電磁力を相殺することによって特定次数の振動を低減させる方法（特許文献２参照）などが知られている。

また、電動モータを収容するモータハウジングの剛性を高めて該モータハウジングの振動と騒音を低く抑える方法も知られている。例えば、特許文献３には、モータハウジングのフランジの補強リブの数を、固定子のスロット数の約数以外の数で、スロット数の倍数以外の数であり、且つ、回転子の極数の約数以外で、極数の倍数以外の数に設定する構成が提案されている。

さらに、特許文献４には、エンジンを含むパワープラントを車体フレームに支持するラバーマウントを、エンジン側マウントブラケットを介してパワープラントに接合し、エンジン側マウントブラケット、車両フレーム側マウントブラケットに支柱を介して接合された電磁石とからなる拘束装置によって、ラバーマウントの動きを拘束して該ラバーマウントのはね剛性を高め、エンジンの始動と停止時に発生するパワープラントの振動を低く抑える構成が提案されている。

特開２００７－１６６７１０号公報 特開２００５－０５７９３５号公報 特開２００４－０９６８４５号公報 特開２０１３－０２３１３６号公報

ところで、インバータを備える電動パワーユニットにおいては、ハウジングに一体に形成されたインバータ収容部にインバータが収容され、インバータ収容部の開口部は、着脱可能なインバータカバーによって閉じられている。そして、インバータカバーには、バッテリなどの直流電源から延びるハーネスを収納するためのハーネス収納部が一体に形成されているが、このハーネス収納部がハウジングの端面から突出（オーバーハング）しているものがある。

上述のようにハーネス収納部がハウジングの端面から突出（オーバーハング）するインバータカバーを備える電動パワーユニットにおいては、インバータカバーの剛性が低いため、電動モータの駆動によって発生する振動によってインバータカバーが共振して発音源となり、当該インバータカバーから放射される騒音レベルが大きくなるという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、インバータカバーの剛性を高めて該インバータカバーの共振による騒音レベルを低く抑えることができる電動パワーユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、
ハウジング内に形成されたモータ収容部に電動モータを収容し、前記ハウジングの上部に形成されたインバータ収容部にインバータを収容し、
前記インバータ収容部に設けられたハーネス収納部が前記ハウジングの端面からモータ軸方向に突出している電動パワーユニットであって、
前記ハーネス収納部には、当該ハーネス収納部を下方から支える少なくとも１つの締結部が形成されており、
前記締結部には、座面と、該座面に隣接し前記インバータ収容部の下面と接続する少なくとも１つのリブが設けられており、
前記ハーネス収納部は、前記座面に挿通する締結具によって前記ハウジングに締結されていることを特徴とする。

本発明によれば、インバータカバーのハウジングの端面から突出（オーバーハング）するハーネス収納部が下方からハウジングによって支えられるため、該ハーネス収納部の支持剛性が高められる。そして、ハーネス収納部に形成された締結部の剛性がリブによって効果的に高められる。この結果、インバータカバー全体の剛性が高められ、該インバータカバーの共振による膜振動が低く抑えられ、この膜振動に伴って発生する騒音レベルも低く抑えられる。

本発明に係る電動パワーユニットの全体構成を模式的に示す車両後方から見た縦断面図である。 本発明に係る電動パワーユニット左斜め後方から見た斜視図である。 図２の要部拡大詳細図である。 本発明に係る電動パワーユニットのモータ回転数と騒音レベルとの関係を従来の電動パワーユニットのそれと対比して示す図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

［電動パワーユニットの基本構成と作用］
図１は本発明に係る電動パワーユニットの全体構成を模式的に示す車両後方から見た縦断面図であり、図示の電動パワーユニット１は、電気自動車（ＥＶ車）に搭載されるものである。なお、図１においては、矢印方向を図示のようにそれぞれ「上下」方向、「左右」方向（車幅方向）とする。

本実施の形態に係る電動パワーユニット１においては、アルミダイキャスト製のハウジング２内の右半分に形成されたモータ収容部（モータ室）Ｓｍに駆動源である電動モータ１０が収容され、ハウジング２内の左半分に形成されたギヤ収容部（ギヤ室）Ｓｇに減速機構２０とディファレンシャル機構（差動機構）３０が収容されている。また、ハウジング２の上部に形成されたインバータ収容部Ｓｉには、不図示のインバータが収容されている。なお、インバータは、直流電源である不図示のバッテリからの直流電流を交流電流に変換して電動モータ１０に供給するものであって、ＩＧＢＴなどの制御素子を含んで構成されている。

ここで、前記電動モータ１０は、三相交流モータであって、その中心を貫通する中空のシャフト（モータ軸）１１と共に回転するロータ１２と、該ロータ１２の周囲に固設されて円筒状のステータ１３を備えている。ここで、シャフト１１は、図１の左右方向（車幅方向）に沿って水平に配されており、その外周に固定されたロータ１２は、ロータコア１２ａと該ロータコア１２ａに埋設された不図示の永久磁石を備えている。また、ステータ１３は、ステータコア１３ａとコイル１３ｂを備えており、コイル１３ｂは、インバータに電気的に接続されている。

ところで、ギヤ収容部Ｓｇ内には、カウンタシャフト２１と左右の出力軸２２Ｌ，２２Ｒがシャフト１１と平行に配置されており、前記減速機構２０は、シャフト１１のギヤ収容部Ｓｇ内に臨む左端部の外周に結着された第１ギヤ２３と、カウンタシャフト２１に結着された大小異径の第２ギヤ２４及び第３ギヤ２５と、前記ディファレンシャル機構３０のデフケース３１に結着された大径のリングギヤ２６によって構成されている。ここで、第１ギヤ２３と第２ギヤ２４とが互いに噛合し、第３ギヤ２５とリングギヤ２６とが互いに噛合している。

前記ディファレンシャル機構３０は、車両のコーナリング時などにおいて左右の駆動輪の回転差を吸収して左右の出力軸２２Ｌ，２２Ｒに動力をそれぞれ伝達する機能を果たすものであって、その構成は公知であるため、ここでは詳細な説明を省略するが、デフケース３１内には、一対のピニオンギヤと、各ピニオンギヤに噛合するサイドギヤが収容されている。なお、ハウジング２のギヤ収容部Ｓｇ内の底部にはオイルパンＰが設けられており、このオイルパンＰには、所定量のオイルが貯留されている。そして、このオイルパンＰに貯留されているオイルには、リングギヤ２６の一部（外周部）が浸漬している。

また、本実施の形態に係る電動パワーユニット１においては、ハウジング２に補機であるオイルポンプ４０とオイルクーラー５０が取り付けられている。ここで、オイルポンプ４０は、駆動源であるポンプモータ４１によって回転駆動される。また、オイルクーラー５０には、不図示のラジエータから延びてインバータ収容部Ｓｉを通過する冷却水配管５１が接続されており、オイルクーラー５０においては、オイルが冷却水との熱交換によって冷却される。そして、オイルクーラー５０においてオイルの冷却に供された冷却水は、冷却水配管５１から不図示のラジエータへと戻される。このように冷却水は、閉回路を連続して循環することによってインバータ収容部Ｓｉに収容された不図示のインバータとオイルを冷却する。

以上のように構成された電動パワーユニット１において、不図示のバッテリから直流電流が出力されると、この直流電流は、不図示のインバータによって交流電流に変換され、この交流電流が電動モータ１０に供給されると、該電動モータ１０が電磁誘導作用によって回転駆動される。すなわち、電動モータ１０のロータ１２とシャフト１１が所定速度で回転駆動され、その回転は、減速機構２０によって所定の減速比で減速されてディファレンシャル機構３０へと伝達される。すると、ディファレンシャル機構３０へと伝達された回転が該ディファレンシャル機構３０によって左右に分配されて左右の出力軸２２Ｌ，２Ｒへとそれぞれ伝達され、両出力軸２２Ｌ，２２Ｒが所定の速度で回転する。

ここで、図示しないが、左右の出力軸２２Ｌ，２２Ｒは、左右の車軸にそれぞれ連結されており、左右の車軸の端部には左右の駆動輪がそれぞれ取り付けられている。したがって、前述のように左右の出力軸２２Ｌ，２２Ｒが回転すると、両車軸にそれぞれ取り付けられた不図示の駆動輪がそれぞれ回転駆動されて車両が所定の速度で走行する。

上述のように電動パワーユニット１が駆動されているときには、ポンプモータ４１によってオイルポンプ４０が駆動されるとともに、不図示の冷却水ポンプによって冷却水が閉回路を循環する。

ところで、前述のように、ハウジング２のギヤ収容部Ｓｇの底部に設けられたオイルパンＰに貯留されているオイルには、リングギヤ２６の一部（外周部）が浸漬しているため、このリングギヤ２６の回転によってオイルパンＰ内のオイルが掻き上げられる。この掻き上げられたオイルの一部は、図１に矢印にて示すように、シャフト１１内を通って電動モータ１０の各部に供給されて各部の潤滑と冷却に供される。そして、電動モータ１０の各部の潤滑と冷却に供されたオイルは、図１に矢印にて示すように、オイルパンＰへと落下して回収される。

また、リングギヤ２６によって掻き上げられた他の一部のオイルは、減速機構２０とディファレンシャル機構３０の潤滑と冷却に供された後、オイルパンＰへと落下して回収される。そして、オイルパンＰのオイルの一部は、図１に矢印にて示すように、オイルポンプ４０によってオイルクーラー５０へと送られ、オイルクーラー５０において冷却水配管５１を流れる冷却水との熱交換によって冷却される。そして、冷却されたオイルは、図１に矢印にて示すように、電動モータ１０の上部に配置されたトレイＴへと送られ、このトレイＴからオーバーフローしたオイルが電動モータ１０へと落下して該電動モータ１０の各部の潤滑と冷却に供される。このように電動モータ１０の各部の潤滑と冷却に供されたオイルは、ギヤ収容部Ｓｇ内底部のオイルパンＰへと戻されて回収される。

［電動パワーユニットの具体的構成］
次に、本発明に係る電動パワーユニット１の具体的な構成を図２及び図３に基づいて以下に説明する。

図２は本発明に係る電動パワーユニットを左斜め後方から見た斜視図、図３は図２の要部拡大詳細図である。なお、図２及び図３においては、矢印方向を図示のようにそれぞれ「前後」、「左右」及び「上下」方向とする。

電動パワーユニット１のハウジング２内の右半分には、図１に示すように、電動モータ１０が収容され、左半分には、減速機構２０とディファレンシャル機構３０が収容されているが、ハウジング２の左右には、不図示の開口部が形成されている。そして、ハウジング２の左側の開口部の周縁には、図２及び図３に示すように、フランジ部２ａが形成されており、このフランジ部２ａには、ギヤカバー３が複数のボルト４によって着脱可能に取り付けられている。したがって、ハウジング２の左側の開口部は、ギヤカバー３によって塞がれている。また、図示しないが、ハウジング２の右側の開口部の周縁には、フランジ部が形成されており、このフランジ部には、モータカバーが複数のボルトによって着脱可能に取り付けられている。したがって、ハウジング２の右側の開口部は、モータカバーによって塞がれている。

また、ハウジング２の後部上面には、図２及び図３に示すように、フランジ部２ｂが一体に形成されており、このフランジ部２ｂによって囲まれる空間は、図１に示すインバータ収容部Ｓｉを構成している。そして、このインバータ収容部Ｓｉには、不図示のインバータが収容されている。

また、上記インバータ収容部Ｓｉ（図１参照）の上面は開口しており、この上面開口部は、複数のボルト５によってフランジ部２ｂに着脱可能に取り付けられたインバータカバー６によって塞がれている。なお、インバータカバー６もアルミダイキャストによって一体成形されている。

ところで、インバータカバー６の左側後端（図２及び図３の右端部手前側）には、矩形ボックス状のハーネス収納部６Ａが一体に形成されており、このハーネス収納部６Ａは、ハウジング２の左端面（図２及び図３の手前側の端面）からモータ軸方向（左右方向）において左側（図２及び図３の手前側）に向かって突出（オーバーハング）している。そして、このハーネス収容部６Ａの左端面（図２及び図３の手前側の端面）の前後（図２及び図３の左右には）、直流電源である不図示のバッテリから延びる不図示の２本のハーネスが差し込まれる円孔６ａが開口している。

また、上記ハーネス収納部６Ａには、当該ハーネス収納部６Ａを下方から支えるための前後（図２及び図３の左右）２つの締結部７，８がそれぞれ形成されている。これらの締結部７，８には、垂直な平面である座面７ａ，８ａと、各座面７ａ，８ａに隣接する前後（図２及び図３の左右）一対のリブ７ｂ，７ｃと８ｂ，８ｃがそれぞれ設けられており、各締結部７，８においては、各一対のリブ７ｂ，７ｃ及び８ｂ，８ｃによって各座面７ａ，８ａが前後（図２及び図３においては左右）からそれぞれ挟まれている。

ここで、各一対のリブ７ｂ，７ｃ及び８ｂ，８ｃは、その幅が上方に向かうにしたがってハーネス収納部６Ａの突出方向（左側）に広くなっている。このため、各締結部７，８は、各一対のリブ７ｂ，７ｃ及び８ｂ，８ｃによって剛性が高められている。なお、各座面７ａ，８ａには、円孔状の不図示のボルト挿通孔がそれぞれ形成されている。

また、モータ軸方向視において（図２及び図３の手前側から奥側に向かって見た場合）、ハーネス収納部６Ａの後端の外端部（図３及び図３の右端部）は、最外側（図２及び図３の右端側）の締結部８の端部寄りのリブ８ｂと一体化している。そして、ハーネス収納部６Ａに形成された一対の締結部７，８は、前後方向（図２及び図３の左右方向）に所定距離だけ離れて配置されている。

そして、インバータカバー６のハウジング２の端面（左端面）から突出（オーバーハング）するハーネス収納部６Ａは、前後一対（図２及び図３においては左右一対）の締結部７，８の各座面７ａ，８ａにそれぞれ形成された不図示のボルト挿通孔に挿通する締結具であるボルト９をハウジング２の端面（左端面）とハウジング２に一体に突設された円筒状のボス２ｃにねじ込むことによってハウジング２に締結され、ハウジング２によって下側から支えられている。なお、ハウジング２に後方（図２及び図３の右方）に向かって一体に突設されたボス２ｃは、当該電動パワーユニット１の組立時に使用されるものである。

以上のように、本実施の形態に係る電動パワーユニット１においては、インバータカバー６のハウジング２の端面から突出（オーバーハング）するハーネス収納部６Ａが前後一対（図２及び図３においては、左右一対）の締結部７，８に挿通するボルト９によってハウジング２に締結されることによって、当該ハーネス収納部６Ａがハウジング２によって下側から支えられるため、このハーネス収納部６Ａの支持剛性が高められる。この場合、インバータ収納部６Ａに形成された締結部７，８の剛性が各一対のリブ７ｂ，７ｃ及び８ｂ，８ｃによって効果的に高められる。また、一方の締結部７は、ハウジング２に一体に突設された剛性の高いボス２ｃに締結されている。

以上の結果、インバータ収納部６Ａの車両上下方向の曲げと捩れに対する剛性が高められることとなり、インバータカバー６全体の剛性も高められることとなり、加振源である電動モータ１０の駆動時の振動によるインバータカバー６の共振に伴う騒音レベルが低く抑えられる。

ここで、図４に本発明に係る電動パワーユニット１のモータ回転数と騒音レベルとの関係を従来の電動パワーユニットのそれと対比して示すが、本発明に係る電動パワーユニット１の騒音レベルは、図４に実線Ａにて示すように、モータ回転数の全範囲において図４に破線Ｂにて示す従来の騒音レベルよりも低く抑えられている。

なお、共振を発生する固有振動数ｆは、円周率をπ、質量をｍ、ばね定数（剛性）をｋとすると、次式：
ｆ＝１／２π・（ｋ／ｍ）^１／２
で求められるため、剛性（ばね定数ｋ）が高められると、図４に示すように、１次、２次、３次…の共振点（騒音レベルのピークが現れる点）が高回転数側にシフトする。

なお、以上の実施の形態では、インバータカバー６のハーネス収納部６Ａに前後２つの締結部７，８を形成したが、締結部の数は任意であって、３つ以上の締結部を形成しても良い。

その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

１ 電動パワーユニット
２ ハウジング
２ａ，２ｂ ハウジングのフランジ部
２ｃ ハウジングのボス
６ インバータカバー
６Ａ インバータカバーのハーネス収納部
７，８ ハーネス収納部の締結部
７ａ，８ａ 締結部の座面
７ｂ，７ｃ 締結部のリブ
８ｂ，８ｃ 締結部のリブ
９ ボルト（締結具）
１０ 電動モータ
２０ 減速機構
３０ ディファレンシャル機構
Ｓｇ ギヤ収容部
Ｓｉ インバータ収容部
Ｓｍ モータ収容部

Claims (8)

1. ハウジング内に形成されたモータ収容部に電動モータを収容し、前記ハウジングの上部に形成されたインバータ収容部にインバータを収容し、
   前記インバータ収容部に設けられたハーネス収納部が前記ハウジングの端面からモータ軸方向に突出している電動パワーユニットであって、
   前記ハーネス収納部には、当該ハーネス収納部を下方から支える少なくとも１つの締結部が形成されており、
   前記締結部には、座面と、該座面に隣接し前記インバータ収容部の下面と接続する少なくとも１つのリブが設けられており、
   前記ハーネス収納部は、前記座面に挿通する締結具によって前記ハウジングに締結されていることを特徴とする電動パワーユニット。
2. 前記ハーネス収納部は、前記インバータ収容部の上面開口部を覆うインバータカバーに設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーユニット。
3. 前記リブは、その幅が上方に向かうにしたがって前記ハーネス収納部の突出方向に広くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーユニット。
4. 前記締結部の前記座面は、２つの前記リブによってモータ軸と直交する方向両側から挟まれていることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の電動パワーユニット。
5. 前記締結部は、モータ軸と直交する方向の２箇所に形成されていることを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の電動パワーユニット。
6. モータ軸方向視において前記ハーネス収納部の外端部は、最外側の前記締結部の端部寄りの前記リブと一体化していることを特徴とする請求項１～５の何れかに記載の電動パワーユニット。
7. 前記締結具は、ボルトであることを特徴とする請求項１～６の何れかに記載の電動パワーユニット。
8. 前記締結部の１つは、前記ハウジングに一体に形成された締結方向と直交する方向に延びるボスに締結されることを特徴とする請求項１～７の何れかに記載の電動パワーユニット。

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