JP7112016B2 - インバータ一体型モータの車両への搭載構造 - Google Patents

Description

本発明は、モータ部とモータ部に三相交流電力を供給するインバータ回路部とが一体となったインバータ一体型モータの車両への搭載構造に関する。

車両に搭載されて車両の駆動に用いられるモータとして、回転電動機であるモータ部と、モータ部に三相交流電力を供給するインバータ回路部と、が一体的に設けられたインバータ一体型モータが採用されている（例えば、特許文献１から３参照）。

このようなインバータ一体型モータでは、筐体の表面積を減らして小型化することができると共に、モータ部とインバータ回路部とを繋ぐ三相線を短くできるため銅損や部品コストを減らすことができるという効果を奏する。

また、インバータ一体型モータを車両に搭載する際には、モータ部の鉛直上側にインバータ回路部を配置している。

特開２０１２－１７０１７７号公報 特開２０１７－０４７６９８号公報 特開２００３－３２４９０３号公報

しかしながら、インバータ一体型モータを車両の後方に配置する場合、車両の後方には、マフラーが設けられているため、マフラーの熱によってインバータ回路部が加熱されてインバータ回路部の温度が上昇し、インバータ回路部の動作不良や寿命の低下などの不具合が生じてしまうという問題がある。

また、車両の後方にインバータ一体型モータを配置する場合、車室や荷室によってインバータ一体型モータを設置するスペースの高さに制限があることから、小型のモータ部を有するインバータ一体型モータしか配置することができない。このため、小型のモータ部によって最大トルクが小さくなってしまうという問題がある。

さらに、車両の後方にインバータ一体型モータを設置する場合、インバータ一体型モータの上部側からアクセスできないため、モータ部の上部にインバータ回路部が配置されていると、インバータ回路部に高電圧線を結線するのが困難であるという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑み、インバータ回路部のマフラーによる温度上昇を抑制して動作不良や寿命の低下を抑制することができ、高さに制限があるスペースに比較的大きなモータ部を配置することができ、最大トルクを大きくすることができ、車両組み付け時の結線を容易に行うことができるインバータ一体型モータの車両への搭載構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、車両駆動用のモータ部と、前記モータ部を収容するハウジングと、前記ハウジングに固定されて直流電力を三相交流電力に変換して前記モータ部に給電するインバータ回路部と、を具備し、トランスミッションを介して車輪に連結されるインバータ一体型モータの車両への搭載構造であって、前記車両のマフラー及び前記インバータ一体型モータは、前記車両の後部に配置されており、前記モータ部が、前記車両の前後方向において前記インバータ回路部の前記マフラー側に当該インバータ回路部に近接して配置されていると共に、前記インバーター回路部が、前記モータ部の前記マフラーとは反対側に配置され、前記マフラーは、前記車両の幅方向において前記モータ部の中央部よりも一方側にずれた位置に配置されていると共に、前記トランスミッションが、前記車両の幅方向において前記インバータ回路部の前記一方側の側方に当該インバータ回路部に近接して配置されていることを特徴とするインバータ一体型モータの車両への搭載構造にある。

かかる態様では、インバータ回路部とマフラーとの距離を離すことができると共に、インバータ回路部がマフラーに直接相対向するのを抑制して、インバータ回路部がマフラーによって加熱されるのを抑制することができる。また、高さに制限があるスペースにインバータ一体型モータを搭載することができ、比較的大型のモータ部を有するインバータ一体型モータを車両に搭載することができる。
また、前記マフラーが前記モータ部よりも前記車両の後方側に配置されているのに対し、前記インバータ回路部と高電圧線を介して接続されて前記モータ部に電力を供給するための走行用バッテリは、前記インバータ回路部よりも前記車両の前方側に配置されていることが好ましい。

ここで、前記インバータ回路部は、トランジスタとコンデンサとを具備し、前記インバータ回路部の少なくとも前記トランジスタおよび前記コンデンサの鉛直下側には断熱層が設けられていることが好ましい。これによれば、道路の輻射熱によってインバータ回路部が加熱されるのを断熱層によって抑制することができ、インバータ回路部の温度上昇による不具合を抑制することができる。

ここで、前記インバータ回路部は、トランジスタとコンデンサとを具備し、前記インバータ回路部の少なくとも前記トランジスタおよび前記コンデンサと前記モータ部との間には断熱層が設けられていることが好ましい。これによれば、モータ部の熱によってインバータ回路部が加熱されるのを断熱層によって抑制することができ、インバータ回路部の温度上昇による不具合を抑制することができる。

また、前記断熱層が、空気層であることが好ましい。これによれば、高性能な断熱性を有する断熱層を部品点数を低減して低コストで設けることができる。

本発明は、インバータ一体型モータを車両に搭載する際に、インバータ回路部をモータ部のマフラーとは反対側に配置することで、インバータ回路部がマフラーによって加熱されるのを低減して、インバータ回路部の温度上昇による動作不良や寿命の低下を抑制することができる。また、高さに制限があるスペースに比較的大型のモータ部を有するインバータ一体型モータを設置することができ、比較的大型のモータ部を配置することができると共に、インバータ回路部への高電圧線の結線を容易にして、車両への組付けを容易に行うことができる。

本発明の実施形態１に係るモータの車両への搭載構造を説明する図である。 本発明の実施形態１に係るモータの車両への搭載構造を説明する図およびモータの拡大図である。 本発明の実施形態２に係るインバータ一体型モータの概略構成を説明する拡大図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインバータ一体型モータの車両への搭載構造を説明する車両の底面図であり、図２は、インバータ一体型モータの車両への搭載構造を説明する車両の側面図およびモータの拡大図である。

図１に示すように、車両１は、内燃機関であるエンジン１０と車両１の駆動輪を駆動する走行用のインバータ一体型モータ２０とを有する、所謂、ハイブリッド自動車（ＨＶ）またはプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）である。

車両１には、エンジン１０に接続された排気管１１と排気管１１の途中に設けられたマフラー１２とが設けられている。

排気管１１は、車両１の前方に搭載されたエンジン１０から車両１の後方に延設されており、マフラー１２は、車両１の後方に延設された排気管１１の後端部側に配置されている。

インバータ一体型モータ２０は、車両１の後方の車軸２を駆動するために後方の車軸２近くに配置されたものであり、トランスミッション３および後方の車軸２を介して駆動輪である後輪４に連結されている。

また、インバータ一体型モータ２０は、図２に示すように、車両駆動用のモータ部２１とインバータ回路部２２とハウジング２３とを具備する。
モータ部２１は、回転軸２１１が車両１の後方の車軸２と平行となるように配置されている。また、モータ部２１は、ハウジング２３内に収容されている。

インバータ回路部２２は、走行用バッテリ５から高電圧線６を介して供給された直流電力を三相交流電力に変換してモータ部２１に給電するものである。このようなインバータ回路部２２は、モータ部２１を収容したハウジング２３に固定されることでモータ部２１と一体化されている。すなわち、インバータ一体型モータ２０とは、モータ部２１が収容されたハウジング２３にインバータ回路部２２が固定されていることをいう。ちなみに、インバータ回路部２２は、共通する１つのハウジング２３内にモータ部２１と共に収容されていてもよく、また、モータ部２１を収容したハウジングとインバータ回路部２２を収容したハウジングとが別体であっても互いに固定されていて実質的に一体化されていればよい。すなわち、ハウジングが複数の部材で構成されていても、互いに固定されて実質的に一体化されていればよい。

このようにモータ部２１とインバータ回路部２２とを一体化することで、筐体であるハウジング２３の表面積を減らして小型化を図ることができる。また、モータ部２１とインバータ回路部２２とを一体化することで、モータ部２１とインバータ回路部２２とを近接して設けることができるため、モータ部２１とインバータ回路部２２とを繋ぐ図示しない三相線を短くでき、三相線による銅損や部品コストを低減することができる。
また、インバータ回路部２２は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などのトランジスタ２２１とコンデンサ２２２とを有する。

このようなインバータ回路部２２は、図１および図２に示すように、モータ部２１のマフラー１２とは反対側に設けられている。ここで、マフラー１２は、インバータ一体型モータ２０よりも車両１の後方に配置されており、インバータ回路部２２は、モータ部２１よりも車両１の前方側に配置されている。また、本実施形態では、モータ部２１とインバータ回路部２２とは、車両１の前後方向に向かって水平となる位置に配置されている。もちろん、モータ部２１とインバータ回路部２２との配置はこれに限定されるものではない。つまり、インバータ回路部２２は、モータ部２１に対してマフラー１２とは反対側に配置されていればよく、例えば、インバータ回路部２２は、モータ部２１に対して水平方向から鉛直上下方向にずれた位置に配置されていてもよい。すなわち、インバータ回路部２２が、モータ部２１に対してマフラー１２とは反対側に配置されているとは、インバータ回路部２２の少なくとも一部がモータ部２１とマフラー１２との並設方向において、モータ部２１よりもマフラー１２とは反対側に位置していればよい。ちなみに、インバータ回路部２２は、マフラー１２と直接相対向せずに、モータ部２１によって遮蔽されている位置であるのが好ましい。これにより、インバータ回路部２２が直接、マフラー１２に相対向することがなく、マフラー１２の熱によってインバータ回路部２２が直接熱せられるのを抑制することができる。したがって、インバータ回路部２２のマフラー１２からの熱による影響を抑制することができる。

このように、インバータ一体型モータ２０のインバータ回路部２２をモータ部２１のマフラー１２とは反対側に配置することで、車両１の後方の車室や荷室によって高さが制限されるスペースに比較的大きなインバータ一体型モータ２０を配置することができる。すなわち、インバータ一体型モータ２０のインバータ回路部２２が高さ方向で干渉しないことから、高さに制限されるスペースに比較的大きなモータ部２１を有するインバータ一体型モータ２０を配置することができ、最大トルクを向上することができる。これに対して、例えば、インバータ回路部２２をモータ部２１の鉛直上側に配置した場合、車両１の後方の高さが制限されるスペースではインバータ回路部２２が干渉してしまうため、比較的小型のモータ部２１を有するインバータ一体型モータ２０しか配置することができず、最大トルクが小さくなってしまう。

また、インバータ回路部２２をモータ部２１のマフラー１２とは反対側に配置することで、インバータ回路部２２への高電圧線の結線を車両１の下部から容易に行うことができ、インバータ一体型モータ２０の車両１への組み付け作業を容易に行うことができる。これに対して、例えば、インバータ回路部２２をモータ部２１の鉛直上側に配置した場合、インバータ回路部２２の鉛直上側には車室や荷室が存在するため、インバータ回路部２２に鉛直上側から高電圧線を結線することができず、また、インバータ回路部２２の鉛直下側にはモータ部２１が存在するため、インバータ回路部２２の鉛直下側からインバータ回路部２２に高電圧線を結線することが困難である。このため、インバータ回路部２２をモータ部２１の鉛直上側に配置する場合には、インバータ一体型モータ２０に結線する高電圧線を延長し、高電圧線をインバータ一体型モータ２０が設置されるスペースから引き出した状態で、車両１の外部で高圧電線とインバータ回路部２２とを結線しなくてはならず、高圧電線を延長することから高圧電線の電気抵抗の増加やコストの増加などが生じてしまう。また、延長した高圧電線を収納するスペースも必要となり、インバータ一体型モータ２０を収容するスペースも減少してしまう。本実施形態では、インバータ一体型モータ２０を車両１に設置してから車両１の下部から高電圧線をインバータ回路部２２に容易に結線することができる。したがって、高電圧線をできるだけ短くして、電気抵抗の増加やコストの増加を抑制することができると共に、余分な高電圧線を収容するスペースを減少して、比較的大きなモータ部２１を有するインバータ一体型モータ２０を配置することができる。

さらに、本実施形態では、インバータ回路部２２をモータ部２１とは反対側に配置することで、インバータ回路部２２が直接マフラー１２の熱によって加熱されるのを抑制することができる。すなわち、インバータ回路部２２をモータ部２１のマフラー１２とは反対側に配置することで、マフラー１２からインバータ回路部２２までの距離を離すことができる。また、排気ガスによって加熱されたマフラー１２の熱は、モータ部２１によって遮られてインバータ回路部２２が直接マフラー１２の熱にさらされない。したがって、インバータ回路部２２が直接マフラー１２の熱で加熱されるのを抑制することができる。

したがって、インバータ回路部２２がマフラー１２によって加熱されるのを抑制して、インバータ回路部２２の温度上昇による動作不良や寿命の低下を抑制することができる。ちなみに、インバータ回路部２２は、それ自身の発熱やモータ部２１およびマフラー１２などの外部からの熱によって加熱されて一定の温度以上となると動作が不安定となる。このためインバータ回路部２２は、一定の温度以上になると温度上昇を抑えるために出力が抑えられて、モータ部２１の性能を十分に引き出すことができなくなってしまう。本実施形態では、インバータ回路部２２がマフラー１２によって加熱されるのを抑制することができるため、インバータ回路部２２の温度が上昇するのを抑制して、出力が抑えられるのを抑制してモータ部２１の性能低下を低減することができる。

（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態１に係るインバータ一体型モータの車両への搭載構造を示す概略構成を説明する拡大図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図３に示すように、車両１に搭載されたインバータ一体型モータ２０は、インバータ回路部２２の鉛直方向の下側、すなわち、道路と相対向する面側には、断熱層である第１の断熱層２４が設けられている。

第１の断熱層２４は、ハウジング２３よりも熱伝導率が低い断熱材が設けられたものである。このような第１の断熱層２４に用いられる断熱材としては、例えば、ガラス繊維などの繊維材料、発泡スチロールなどの発泡材料、コルク質などが挙げられる。また、第１の断熱層２４として、内部に空気が充填された空気層を有する断熱室、または、内部が真空状態となる断熱室を設けるようにしてもよい。本実施形態では、第１の断熱層２４として、内部に空気が充填された断熱室を設けるようにした。このように第１の断熱層２４として空気を用いることで、部品点数を減少させてコストを低減することができる。

このような第１の断熱層２４は、インバータ回路部２２の少なくともトランジスタ２２１およびコンデンサ２２２の鉛直方向下側に設けられていればよい。本実施形態では、第１の断熱層２４は、インバータ回路部２２の道路に相対向する面（鉛直方向下側の面）に亘って連続して設けるようにした。

このように、インバータ回路部２２の鉛直方向下側に第１の断熱層２４を設けることで、道路の輻射熱によってインバータ回路部２２の特にトランジスタ２２１およびコンデンサ２２２が加熱されるのを抑制することができる。したがって、インバータ回路部２２の道路の輻射熱による温度上昇を抑制して、インバータ回路部２２の温度上昇による動作不良や寿命の低下を抑制することができる。つまり、本実施形態では、インバータ回路部２２をモータ部２１のマフラー１２とは反対側に配置することによって、インバータ回路部２２は道路に相対向する位置に配置されるため、道路の輻射熱によってインバータ回路部２２が加熱されてしまうが、第１の断熱層２４を設けることで、インバータ回路部２２をモータ部２１のマフラー１２とは反対側に配置しても、インバータ回路部２２が道路からの輻射熱によって加熱されるのを抑制することができる。
また、本実施形態では、インバータ回路部２２とモータ部２１との間には、断熱層である第２の断熱層２５が設けられている。

第２の断熱層２５は、ハウジング２３よりも熱伝導率が低い断熱材が設けられたものである。断熱材としては、例えば、ガラス繊維などの繊維材料、発泡スチロールなどの発泡材料、コルク質などを用いることができる。また、第２の断熱層２５として、内部に空気が充填された、または、内部が真空状態となる断熱室を設けるようにしてもよい。本実施形態では、第２の断熱層２５として、内部に空気が充填された断熱室を設けるようにした。このように第２の断熱層２５として空気を用いることで、部品点数を減少させてコストを低減することができる。

このような第２の断熱層２５は、インバータ回路部２２の少なくともトランジスタ２２１およびコンデンサ２２２とモータ部２１との間に設けられていればよい。本実施形態では、第２の断熱層２５は、インバータ回路部２２のモータ部２１に相対向する面に亘って連続して設けるようにした。

このようにインバータ回路部２２とモータ部２１との間に第２の断熱層２５を設けることで、モータ部２１の熱によってインバータ回路部２２の特にトランジスタ２２１およびコンデンサ２２２が加熱されるのを抑制することができる。したがって、インバータ回路部２２のモータ部２１の熱による温度上昇を抑制して、インバータ回路部２２の温度上昇による動作不良や寿命の低下を抑制することができる。
なお、本実施形態では、第１の断熱層２４と第２の断熱層２５とを設けるようにしたが、何れか一方のみを設けるようにしてもよい。

また、断熱層は、さらにインバータ回路部２２のモータ部２１とは反対面側にも設けるようにしてもよく、インバータ回路部２２の鉛直上側に設けるようにしてもよい。つまり、インバータ回路部２２は、全周を断熱層で覆われていてもよい。ただし、インバータ回路部２２の全周を断熱層で覆うと、インバータ一体型モータ２０が大型化してしまうため、本実施形態のように、インバータ回路部２２の道路側とモータ部２１側とに第１の断熱層２４と第２の断熱層２５とを設けることで、インバータ一体型モータ２０を熱から保護すると共にインバータ一体型モータ２０の小型化を図ることができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
例えば、上述した各実施形態では、インバータ一体型モータ２０を車両１の後方に配置するようにしたが、特にこれに限定されず、インバータ一体型モータ２０を車両１の後方に加えてさらに車両１の前方、すなわち、前輪に接続された車軸の近傍に配置するようにしてもよい。ちなみに、車両１の前方には、車室や荷室がないため、インバータ一体型モータは、インバータ回路部２２がモータ部２１の鉛直上側に配置されて車両１の前方に搭載されてもよい。もちろん、車両１の前方のインバータ一体型モータ２０を搭載する場合においても、上述した実施形態１および２のインバータ一体型モータ２０と同様に、インバータ回路部２２をモータ部２１と水平方向に並設されるように配置してもよい。

１ 車両
２ 車軸
３ トランスミッション
４ 後輪
５ 走行用バッテリ
６ 高電圧線
１０ エンジン
１１ 排気管
１２ マフラー
２０ インバータ一体型モータ
２１ モータ部
２１１ 回転軸
２２ インバータ回路部
２２１ トランジスタ
２２２ コンデンサ
２３ ハウジング
２４ 第１の断熱層
２５ 第２の断熱層

Claims (5)

1. 車両駆動用のモータ部と、前記モータ部を収容するハウジングと、前記ハウジングに固定されて直流電力を三相交流電力に変換して前記モータ部に給電するインバータ回路部と、を具備し、トランスミッションを介して車輪に連結されるインバータ一体型モータの車両への搭載構造であって、
   前記車両のマフラー及び前記インバータ一体型モータは、前記車両の後部に配置されており、
   前記モータ部が、前記車両の前後方向において前記インバータ回路部の前記マフラー側に当該インバータ回路部に近接して配置されていると共に、前記インバーター回路部が、前記モータ部の前記マフラーとは反対側に配置され、
   前記マフラーは、前記車両の幅方向において前記モータ部の中央部よりも一方側にずれた位置に配置されていると共に、前記トランスミッションが、前記車両の幅方向において前記インバータ回路部の前記一方側の側方に当該インバータ回路部に近接して配置されている
   ことを特徴とするインバータ一体型モータの車両への搭載構造。
2. 前記マフラーが前記モータ部よりも前記車両の後方側に配置されているのに対し、
   前記インバータ回路部と高電圧線を介して接続されて前記モータ部に電力を供給するための走行用バッテリが、前記インバータ回路部よりも前記車両の前方側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のインバータ一体型モータの車両への搭載構造。
3. 前記インバータ回路部は、トランジスタとコンデンサとを具備し、
   前記インバータ回路部の少なくとも前記トランジスタおよび前記コンデンサの鉛直下側には断熱層が設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のインバータ一体型モータの車両への搭載構造。
4. 前記インバータ回路部は、トランジスタとコンデンサとを具備し、
   前記インバータ回路部の少なくとも前記トランジスタおよび前記コンデンサと前記モータ部との間には断熱層が設けられている
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載のインバータ一体型モータの車両への搭載構造。
5. 前記断熱層が、空気層である
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載のインバータ一体型モータの車両への搭載構造。

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