JP6183221B2 - インバータの車載構造 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、電動車両の後輪駆動用のリア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や燃料電池車を含む。

車両の前後にモータを備えた四輪駆動の電動車両が検討されている。例えば、特許文献１には、前輪の駆動源としてエンジンとモータを備えたハイブリッドシステムを車両前方に搭載し、後輪の駆動源として別のモータを車両後方に搭載するハイブリッド車が開示されている。

特開２００５−３２３４５５号公報

四輪駆動の電動車両の一つの態様として、車両前方に備えられたモータ（及びエンジン）を通常走行に用い、リアモータを補助的な駆動源として用いる態様が考えられる。また、電動車両としては、車両前方にモータ（あるいはモータとエンジンのハイブリッド駆動源）を備える前輪駆動車が広く普及している。そこで、このような前輪駆動の電動車両をベースに四輪駆動の電動車両を設計すれば、既存の部品を流用でき、低コストで四輪駆動の電動車両を実現することができる。

前輪駆動の電動車両をベースとした四輪駆動車は、前輪駆動用モータ（以下、フロントモータ）とそのモータを制御するインバータ（以下、フロントインバータ）に加えて、後輪駆動用のモータ（以下、リアモータ）とそのモータを制御するインバータ（以下、リアインバータ）を備えることになる。リアモータとリアインバータは車両後方に搭載される。一方、前輪駆動車は車両後部にラゲージスペースを有する。前輪駆動車をベースに低コストで四輪駆動車を実現するには、リアモータとリアインバータを車両後部に搭載することになるが、リアモータとリアインバータを単純に車両後部に搭載すると、荷物を搭載するラゲージスペースが狭くなってしまう。

本明細書は、リアインバータの搭載構造に関する。本明細書が開示する技術は、スペース効率のよいリアインバータの搭載構造を提供する。

前輪駆動車の場合、通常、ラゲージスペース下方にスペアタイヤを収容する空間が確保されていることが多い。他方、近年では、ランフラットタイヤや優れたパンク修理キットの普及などにより、スペアタイヤを活用しなくともよい状況が整ってきている。そこで、本願の発明者は、スペアタイヤの収容スペースを有効活用するという着想を得た。スペアタイヤの収容スペースはラゲージスペースの下方に位置し、この収容スペースの底には、スペアタイヤの形状に対応した窪みが設けられている。スペアタイヤはこの窪みに固定される。しかし、この窪みは、地上高が低く、泥はねや砂利はね対策のために排水孔が小さくなっており排水性が高くない。それゆえ、ラゲージスペースに水が侵入するとスペアタイヤの収容スペースに一時的にしろ水が溜まる虞がある。インバータが水に浸るのは好ましくない。発明者は、スペアタイヤの収容スペースに多少の水が溜まってもインバータが浸らない程度に、インバータの一部をできるだけスペアタイヤの収容スペースの窪みに収める構造を創作した。以下、説明の便宜のため、スペアタイヤの収容スペースの底に設けられたスペアタイヤ用の窪みを、タイヤ固定窪みと称する。なお、スペアタイヤの収容スペースの底は、フロアパネルで構成されている。したがって、タイヤ固定窪みはフロアパネルに設けられる。

本明細書が開示するリアインバータの搭載構造は、デッキボードに覆われたタイヤ固定窪みにリアインバータを設置するのであるが、その際、その中心よりも車両前側であってタイヤ固定窪みの底面よりも高い位置に、リアインバータの車両前側が後側よりも高くなるように後傾姿勢で、デッキボードの下方でタイヤ固定窪みに設置する。この車載構造は、タイヤ固定窪みの底面からの高さがリアインバータ下面の後端で最も低くなる。その高さは、タイヤ固定窪みに水が溜まったときに起こり得る可能性の高い水面高さに設定されている。一方、下り坂などで車体の姿勢が前下がりになったとき、タイヤ固定窪みの底面も前下がりとなり、タイヤ固定窪みの前方の水深が深くなる。しかしリアインバータは後傾姿勢で設置されており、タイヤ固定窪みの底面から下面前端までの高さが下面後端での高さよりも高くなっている。それゆえ、車体が前下がりになってもインバータが水に浸ることがない。一方、後傾姿勢でリアインバータをタイヤ固定窪みに設置することで、リアインバータの上方の空間、即ち、ラゲージスペースを有効に使うことができる。上記の車載構造は、リアインバータを車両後部に搭載するのに際して、タイヤ収容スペースを巧みに活用し、できるだけ広いラゲージスペースを確保する。

なお、リアモータを駆動するリアインバータのサイズ（長さあるは横幅）は、概ね、タイヤ固定窪みの半径以下である。それゆえ、タイヤ固定窪みは、その前半分の空間にリアインバータを設置するのにちょうどよい大きさを有している。このリアインバータとタイヤ固定窪みの大きさの相違も、本発明に至った着眼点の一つである。

上記の車載構造は、一つには、多くの自動車においてタイヤ固定窪みの車両後方の上縁が車両前方の上縁よりも低いことを利用している。その場合、タイヤ固定窪みに最も水が溜まったとき、水面はタイヤ固定窪みの車両後方の上縁と同じ高さとなる（車体が水平のとき）。タイヤ固定窪みの底面からリアインバータの下面後端までの高さをタイヤ固定窪みの車両後方の上縁と同じ高さに設定すれば、リアインバータが水に浸ることを回避することができる。

リアインバータは発熱するのでその筐体に放熱フィンを設ける場合がある。フィンは多少は水に浸ってもよい。また、上記の搭載構造ではリアインバータが後傾姿勢で設置されているので下面前側の下方のスペースに余裕がある。なお、この余裕は、車体が前傾してタイヤ固定窪みの前方に水が溜まってもリアインバータが水に浸らないようにするために確保したものである。前述したようにフィンは水に浸ってもよいので、リアインバータの下面前方にフィンを設けるとよい。ラゲージスペース下のスペースをより有効に活用することができる。なお、フィンに送風するファンをリアインバータの筐体に取り付ける場合には、想定される水面よりも高い位置にファンが取り付けられる。

本明細書が開示する技術によれば、前輪駆動の電動車両をベースに四輪駆動の電動車両を実現する場合において、ベースとなる電動車両の既存のスペースを活用してリアインバータを搭載し、できるだけ広いラゲージスペースを確保することができる。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。

実施例の電動車両の電力系のブロック図である。 実施例の電動車両を側方からみたときのインバータとバッテリの模式的レイアウト図である。 実施例の電動車両の後方ラゲージスペースのタイヤ収容窪みに搭載されるインバータの模式的側面図である。 実施例の電動車両の後方ラゲージスペースのタイヤ収容窪みに搭載されるインバータとタイヤ収容窪みに溜まる水の水面の関係を示した図である。 電動車両の後方ラゲージスペースに搭載されるインバータの搭載構造における他の実施例を示す図である。 電動車両の後方ラゲージスペースに搭載されるインバータの搭載構造におけるさらに他の実施例を示す図である。

図面を参照して実施例の電動車両（ハイブリッド車２００）を説明する。図１に示すように、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を駆動し、四輪駆動で走行する。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。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２００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、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、リアモータ９にも供給される。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く、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はパワーコントロールユニット１７に接続され、ハイブリッド車２００の走行状況に応じて、集中制御されている。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及びリアインバータ１２は夫々中継器１５とパワーケーブル８、１４によりバッテリ１６に接続されている。

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。また、インバータ２、１２やバッテリ１６の断面の詳細は省略してハッチングで描かれていることに留意されたい。図２に示すように、フロントインバータ２は車両前方に、リアインバータ１２は車両後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。また、リアモータ９の図示も省略している。

リアインバータ１２はリアシート３２ｂの後方（車両後方）のラゲージスペース３１の下方に配置されている。ラゲージスペース３１の下方には、フロアパネル２５とラゲージスペース３１の床となるデッキボード２３により囲まれたスペアタイヤの収容スペース（以下、収容スペース２１）が設けられている。収容スペース２１の底であるフロアパネル２５には、スペアタイヤの形状に合わせて窪み（以下、タイヤ収容窪み２２）が設けられている。通常、スペアタイヤは、タイヤ収容窪み２２に嵌め込まれて固定される。

実施例では、広く普及している前輪駆動のハイブリッド車をベースにリアモータ９を搭載して四輪駆動のハイブリッド車２００が実現されている。図２に示すように、従来は、２点鎖線で描かれたスペアタイヤ２４がタイヤ収容窪み２２に沿って設置されていた。しかし、本発明では、スペアタイヤ２４の代わりにリアインバータ１２をタイヤ収容窪み２２に設置する。リアインバータ１２を車両後方であるタイヤ収容窪み２２に設置することで、リアモータ９とリアインバータ１２を繋ぐパワーケーブルの長さを短くすることができ、送電時の損失を抑えることができる。

また、バッテリ１６はリアシート３２ｂの下方で、フロアパネル２５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に供給されいる。パワーケーブル８、１４が中継器１５とフロントインバータ２及リアインバータ１２を接続している。なお、パワーケーブル８、１４は、図２では簡略化し、太線で描かれている。また、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ことに留意されたい。

リアインバータ１２の搭載構造について説明する。図３に、図２における収容スペース２１を拡大した図を示す。図３に示すように、リアインバータ１２は収容スペース２１の内部に収められている。収容スペース２１の底のフロアパネル２５には、タイヤ収容窪み２２が設けられている。タイヤ収容窪み２２の車両後側の上縁２２ｂ（以下、後上縁２２ｂ）は、車両前側の上縁２２ａ（以下、前上縁２２ａ）よりも車両下方に位置している。リアインバータ１２の車両前後方向における長さは、タイヤ収容窪み２２の同方向における長さよりも短く、車両横方向における長さも同様にリアインバータ１２の方がタイヤ収容窪み２２よりも短い。リアインバータ１２は、インバータ本体１２ａとインバータ本体１２ａの下面に設けられている平板形状のフランジ１２ｂにより構成されている。フランジ１２ｂはインバータ本体１２ａの車両前後方向に延伸している。フランジ１２ｂの車両前側は、タイヤ収容窪み２２の前上縁２２ａに隣接するフロアパネル２５の表面２５ａに設けられた前側固定部２６にボルト２９により固定されている。一方、フランジ１２ｂの車両後側は、タイヤ収容窪み２２の底面から車両上方に向かって突出している突出部２７の上面にボルト２９により固定されている。つまり、リアインバータ１２は前側固定部２６と突出部２７の間を跨ぐように設置されている。突出部２７はタイヤ収容窪み２２の車両前後方向における中央線ＣＬよりも車両前側に設けられている。したがって、リアインバータ１２は、タイヤ収容窪み２２の中央線ＣＬよりも車両前側に位置している。また、突出部２７の高さは、タイヤ収容窪み２２の後上縁２２ｂよりも高く、前上縁２２ａよりも低い。したがって、リアインバータ１２は、前側固定部２６及び突出部２７に固定されることにより、リアインバータ１２の車両前側が後側よりも高くなるように設置されている。別言すれば、リアインバータ１２は、タイヤ収容窪み２２の底面より高い位置に、後傾姿勢で設置されている。

また、リアインバータ１２の下方には、フランジ１２ｂの下面とタイヤ収容窪み２２と突出部２７に囲まれた空間１８が存在する。リアインバータ１２の下面（フランジ１２ｂの下面）には放熱フィン２８が設けられている。放熱フィン２８は車両下方に向かって上記の空間１８に位置している。放熱フィン２８は、熱伝導性の高い材料（例えば、アルミニウム）の平板を櫛状に一列に並べた構造をしている。この構造により、リアインバータ１２の下面の表面積を増やすことができ、リアインバータ１２において空気との接触面積を増やすことができる。よって、リアインバータ１２の放熱効率を高めることができる。

タイヤ収容窪み２２に水が溜まった時の水面とリアインバータ１２との位置関係を説明する。図４に示すように、車体の姿勢が水平の場合、タイヤ収容窪み２２に溜まる水の水面は、最大でＷＬ１となる。ＷＬ１は、タイヤ窪み２２の後上縁２２ｂと同じ高さになる。突出部２７の高さはＷＬ１よりも高く、前側固定部２６の高さもＷＬ１よりも高い。したがって、リアインバータ１２が浸水することは無い。また、車体の姿勢が前下がりになった場合の水面はＷＬ２となる。この水面ＷＬ２は、車体の姿勢が水平の場合に水面ＷＬ１と同じ水量の水が溜まっている状態で、車体の姿勢が前下がりになった際の水面を表している。ここで、車体の姿勢が前下がりになる角度は、ハイブリッド車２００が走行する道路勾配の法的基準等により設計値として求められる。なお、実施例では、前下がりの角度は約１０度である。図４に示すように、リアインバータ１２は水面ＷＬ２よりも車両上方に位置しており、車体の姿勢が前下がりになった場合でも、リアインバータ１２が浸水することはない。なお、前下がりの角度の約１０度は、道路勾配に換算すると約１７．６％であり、この値は、日本の道路の最大勾配よりも大きい。即ち、インバータを約１０度程度後傾させて配置すれば、車両が下り勾配を走行してもインバータの下面前方が下面後方よりも下がることがない。リアインバータの後傾を約１０度以上とすれば、タイヤ収容窪み２２に水が溜まってもリアインバータが水に浸る可能性を小さくすることができる。

また、車体の姿勢が後下がりになった場合には、水は後上縁２２ｂよりも車両後方に移動することになる。さらに、この場合の水深は車両前側の方が低く、車両後側の方が高くなる。つまり、この場合の水面は車体の姿勢が水平である場合と比べて、リアインバータ１２より遠ざかることになる。したがって、リアインバータ１２が浸水することは無い。

このような構成によれば、リアインバータ１２は設計上想定しうる水面（ＷＬ１、ＷＬ２）から下方に位置することは無く、リアインバータ１２の浸水を防止することができる。また、リアインバータ１２は、後傾姿勢で設置されている。このため、リアインバータ１２の上方で車両後方側の空間を広くとることができる。したがって、この空間を有効に活用し、デッキボード２３を図に示したレイアウトよりも車両下方に下げることができ、ラゲージスペースを広くすることができる。

また、放熱フィン２８は、インバータ１２の下面で、空間１８に位置している。そして、放熱フィン２８は、車両前側に位置している。空間１８は車両前側の方が広くなっているため、放熱フィン２８の周囲の空間は、空気循環が良好になっている。したがって、放熱フィン２８の冷却効率を最大限活用することができる。なお、図面には示されていないが、放熱フィン２８に送風するファンを別途設けてもよい。ファンを設けることで、さらに空気循環を高め、放熱フィン２８の冷却効率を高めることができる。なお、繰り返しになるが、別途設けるフィンは想定される水面（ＷＬ１、ＷＬ２）よりも高い位置に取り付けられる。

また、図２によく示されるように、リアインバータ１２はタイヤ収容窪み２２において車体外郭後側から遠い位置に設置されている。したがって、車体後方から衝突された場合でも、リアインバータ１２を優位に保護することができる。

リアインバータ１２の搭載構造における他の実施例について説明する。図５に示すように、リアインバータ１２のフランジ１２ｂの車両前側は、タイヤ収容窪み２２の車両前側の側面２２ｃに設けられた側面固定部３２に固定されてもよい。側面固定部３２以外の構成は、上述の実施例と同様である。

また、図６に示すように、突出部３３の上面に、フランジ１２ｂの後端が当接する突起３３ａが設けられてもよい。この構成によれば、リアインバータ１２を突出部３３に取り付ける際に、フランジ１２ｂの後端と突起３３ａによりリアインバータ１２の車両前後方向における位置決めを容易に行うことができる。リアインバータ１２が後傾姿勢で取り付けられるため、重力の作用でリアインバータ１２が重力方向にスライドして突起３３ａに当たるためである。したがって、作業者による組付け性を向上することができる。なお、図には示されていないが、突起３３ａは、フランジ１２ｂの車両後方側の側端が当たる位置にも設けられてもよい。この構成によれば、リアインバータ１２の車両横方向の位置決めもすることができ、さらに組付け性を向上することができる。

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
７：前輪
８、１４：パワーケーブル
９：リアモータ
１２：リアインバータ
１３：後輪
１５：中継器
１６：バッテリ
１７：パワーコントロールユニット１７
２１：収容スペース
２２：タイヤ収容窪み
２３：デッキボード
２４：スペアタイヤ
２５：フロアパネル
２６：前側固定部
２７、３１、３３：突出部
２８：放熱フィン
３２：側面固定部
ＣＬ：中央線
ＷＬ１：水面（車体姿勢水平）
ＷＬ２：水面（車体姿勢前下がり）

Claims (4)

1. 電動車両の後輪駆動用のリアモータを制御するインバータの車載構造であって、
   車両後部ラゲージスペースのフロアパネルにスペアタイヤを収めるための窪みが設けられており、
   前記窪みは、デッキボードに覆われており、
   前記インバータは、前記窪みの中心よりも車両前側であって前記窪みの底面よりも高い位置に、前記インバータの車両前側が後側よりも高くなるように後傾姿勢で、前記デッキボードの下方で前記窪みに設置されていることを特徴とする電動車両。
2. 前記窪みの車両前側における上縁よりも車両後側における上縁が車両下方に位置していることを特徴とする請求項１に記載のインバータの車載構造。
3. 前記インバータの放熱フィンが、前記インバータの下面の車両前側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインバータの車載構造。
4. 電動車両は、車両のフロントコンパートメントに前輪を駆動するフロントモータを備えており、前記リアモータの最大出力がフロントモータの最大出力よりも小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のインバータの車載構造。

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