JP7327632B2 - Motor protection structure - Google Patents
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Description
本開示は、車両に搭載される電動機の保護構造に関する。 The present disclosure relates to a protective structure for an electric motor mounted on a vehicle.
関連技術として、車両に搭載される電動機において、給電ケーブルが接続されるコネクタを保護するための各種構造が提案されている。例えば、車両衝突時の外力によって電動機が移動し、周囲の他部品と接触する可能性があることから、あらかじめコネクタの強度を向上させておくことが検討されている。また、電動機のコネクタの近傍に突起を形成しておき、車両衝突時にコネクタよりも先に突起が電動機の周囲の他部品に接触するようにした構造も知られている(日本国特開2019-099003号公報、日本国特開2018-083510号公報、及び日本国特開2018-114899号公報を参照)。 As a related technique, various structures have been proposed for protecting a connector to which a power supply cable is connected in an electric motor mounted on a vehicle. For example, since there is a possibility that the electric motor may move due to an external force at the time of a vehicle collision and come into contact with other surrounding parts, it is being studied to improve the strength of the connector in advance. There is also a known structure in which a protrusion is formed near the connector of the electric motor so that the protrusion contacts other parts around the electric motor before the connector in the event of a vehicle collision (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-2019). 099003, JP 2018-083510, and JP 2018-114899).
しかしながら、電動機のコネクタの強度を向上させるための補強構造を設けるように設計すれば、重量増加や構造の複雑化を招き、製造コストや生産性の面でのデメリットが生じうる。また、コネクタの周囲に保護部材を配置した場合も同様であり、重量増加や構造の複雑化を避けることはできない。このような実情を踏まえ、より簡素かつ手軽な構成で、電動機のコネクタを効果的に保護できるようにすることが望ましい。 However, designing a reinforcing structure to improve the strength of the connector of the electric motor would increase the weight and complicate the structure, which would be disadvantageous in terms of manufacturing cost and productivity. The same is true when a protective member is arranged around the connector, and an increase in weight and complication of the structure cannot be avoided. In light of these circumstances, it is desirable to be able to effectively protect the connector of the electric motor with a simpler and easier configuration.
本開示に係る電動機の保護構造は、簡素な構造で、外力に対する電動機の保護性能を向上させることに関連する。 The electric motor protection structure according to the present disclosure is a simple structure and relates to improving the protection performance of the electric motor against external force.
本開示の一態様によれば、電動機の保護構造は、車両に搭載される少なくとも一つの電動機と、前記電動機と車室との間を区画する面状のパネルと、前記電動機を冷却する冷媒の熱を前記冷媒とは別の媒質へ移動させるように構成された熱交換器を含む冷却部品とを備え、前記冷却部品は、前記電動機の表面のうち前記パネルに対向する側に一体的に固定される。 According to one aspect of the present disclosure, an electric motor protection structure includes at least one electric motor mounted on a vehicle, a planar panel that partitions between the electric motor and a vehicle compartment, and a coolant that cools the electric motor. a cooling component including a heat exchanger configured to transfer heat to a medium other than the refrigerant, the cooling component being integrally secured to a surface of the motor facing the panel. be done.
[1.構成]
図1~図4を参照して、実施例及び変形例としての電動機の保護構造を説明する。図中の方位を表す矢印(前後上下)は、車両10を基準にして定められる方向を意味する。図1は、電動機の保護構造が適用された車両10の内部を透視して示す模式的な側面図である。車両10の前部にはエンジンルーム12(モータールームやコンパートメントルームとも呼ばれてもよい)が設けられ、その後方に車室11が設けられる。エンジンルーム12には、モータ1,ジェネレータ2,エンジン3などの駆動力生成装置が配置される。これらの駆動力生成装置は、図示しない変速装置やトランスアクスルを介して、互いに動力伝達可能に連結される。[1. composition]
A motor protection structure as an embodiment and modifications will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. The arrows (front, rear, up, and down) indicating directions in the drawing mean directions determined with the
モータ1は、例えば三相交流型の同期電動機であり、バッテリ13の電力でモータ軸(ロータの回転軸)を回転させる機能と、車両10の慣性動力を利用して発電する機能とを併せ持つ。また、ジェネレータ2(発電機)は、例えば三相交流型の同期発電機であり、バッテリ13の電力でエンジン3のクランク軸を回転させる機能(スタータ機能)と、クランク軸の回転動力を利用して発電する機能とを併せ持つ。エンジン3は、ガソリンや軽油を燃焼とする内燃機関(ガソリンエンジン,ディーゼルエンジン)である。
The
一般に、回転子を流れる電流と磁界との相互作用により回転力を生成する装置は「電動機」と呼ばれる。本実施例のモータ1は「電動機」である。また、本実施例のジェネレータ2は、磁界内で回転子を回転させることで誘導電流を生成するものであるが、その回転子に電流を流すことで回転力を発生させることが可能である。つまり、本実施例のジェネレータ2は「電動機」として機能させることが可能であり、「電動機」の一種と見なすことができる。このような意味で、モータ1やジェネレータ2を含む概念として「電動機」を定義することが可能である。したがって、本願明細書に記載される「電動機」は、「モータまたはジェネレータまたはモータジェネレータ」と表記してもよく、そのように理解しても差し支えない。
Generally, a device that generates rotational force through the interaction of a current flowing through a rotor and a magnetic field is called an "electric motor". The
モータ1とジェネレータ2とエンジン3は、車両10の正面視で互いに重なるように配置される。例えば、ジェネレータ2はモータ1よりも前方側において斜め上方に配置される。また、エンジン3は、ジェネレータ2よりも前方において、ジェネレータ2の前面を覆うように配置される。言い換えれば、モータ1及びジェネレータ2はエンジン3の後方に配置される。また、図示しない変速装置やトランスアクスルは、モータ1,ジェネレータ2,エンジン3の各々における車幅方向の一側に配置される。また、モータ1,ジェネレータ2,エンジン3の各々の回転軸(ローター軸及びクランク軸)は、例えば車幅方向に互いに平行に配置される。
車室11とエンジンルーム12との間は、面状のパネル4で区画される。パネル4は、バルクヘッドやファイアーウォールとも呼ばれる。ここでいうパネル4には、フロアパネルやダッシュパネルが含まれる。図1に示すように、パネル4は車室11の下方においてほぼ水平に配置されるとともに、車室11の前部において上方に迫り上がった形状に形成される。なお、図1に示すような形状のパネル4の形成に際し、一枚の板材を屈曲させて形成してもよいし、複数の板材をつなぎ合わせて形成してもよい。
A
車室11の下方(パネル4よりも下方)には、バッテリ13とインバータ14とが配置される。バッテリ13は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池であり、数百ボルトの高電圧直流電流を供給しうる二次電池である。バッテリ13は、インバータ14を介してモータ1及びジェネレータ2に電気的に接続される。バッテリ13は、モータ1及びジェネレータ2に電力を供給可能とされる。また、バッテリ13は、モータ1の回生電力やジェネレータ2の発電電力で充電可能であるとともに、車両外部からの給電を受けて充電すること(外部充電)も可能である。
A
インバータ14は、バッテリ13側の直流電力とモータ1及びジェネレータ2側の交流電力とを変換するための電力変換装置であり、バッテリ13とモータ1及びジェネレータ2とをつなぐ動力線上に介装される。インバータ14はパワードライブユニット(PDU)とも呼ばれ、インバータ回路と電子制御装置とを内蔵する。インバータ回路には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)などのスイッチ素子が含まれる。また、電子制御装置は、スイッチ素子の作動状態(オンオフのタイミングや駆動周波数)を制御する機能を持つ。
The
インバータ14とモータ1及びジェネレータ2の各々との間は、三相交流用の高圧ケーブル15で接続される。高圧ケーブル15は、図1に示すように、モータ1の外表面に設けられる第一コネクタ16と、ジェネレータ2の外表面に設けられる第二コネクタ17との各々に接続される。高圧ケーブル15は、第一コネクタ16,第二コネクタ17の各々に対して着脱可能とされる。これらの第一コネクタ16,第二コネクタ17は、好ましくは後述する冷却部品5の近傍に配置される。本実施例では、冷却部品5が取り付けられるモータ1の第一コネクタ16が、冷却部品5に隣接する位置に配置される。
The
モータ1の外表面には、冷却部品5が取り付けられる。冷却部品5は、少なくともモータ1を冷却するための熱交換器7を含む部品であり、車両10に設けられる複数の電動機(モータ1やジェネレータ2)の一つに固定される。熱交換器7は、モータ1を冷却する冷媒の熱を他の媒質へ移動させる機能を持つ。冷却部品5は、モータ1の表面のうちパネル4に対向する側において、モータ1に一体的に固定される。冷却部品5には、モータ1を冷却する冷媒の出入口となる第一流入口及び第一流出口と、その冷媒を冷却するための媒質の出入口となる第二流入口及び第二流出口とが設けられる。ここでいう冷媒や媒質の具体例としては、冷却水,冷却オイル,冷風,各種クーラントなどが挙げられる。
A
冷却部品5は、冷却部品5とパネル4との離隔距離が、モータ1やジェネレータ2とパネル4との離隔距離よりも小さくなる位置に固定される。より好ましくは、冷却部品5とパネル4との離隔距離が、第一コネクタ16や第二コネクタ17とパネル4との離隔距離よりも小さくなる位置に固定される。つまり、モータ1やジェネレータ2が外力によってパネル4に接近したとしても、冷却部品5が第一コネクタ16や第二コネクタ17よりも先にパネル4に接触するように構成される。また、本実施例の第一コネクタ16は、図1に示すように、冷却部品5よりも後方かつ下方に配置される。これにより、第一コネクタ16をパネル4に対して冷却部品5よりも離隔させつつ、第一コネクタ16とインバータ14との距離を近づけることができる。したがって、第一コネクタ16の保護性を高めつつ、高圧ケーブル15を短縮することができる。
The
冷却部品5の具体例を図2に示す。この冷却部品5は、中空のケーシング6の内部に積層型の熱交換器7が内蔵された構造を持つ。熱交換器7は、複数のプレート8を互いに隙間をあけて多層状に積層した構造を持つ。また、複数のプレート8の間には、コルゲートフィン9が内装される。コルゲートフィン9は、二枚のプレート8の各々に接触すべく断面形状が波形に形成された板状部材である。コルゲートフィン9を設けることで、複数のプレート8の間での熱伝達が促進され、熱交換の効率が向上する。
A specific example of the
熱交換器7の内部には、図2に示すように、モータ1を冷却する冷媒(例えば冷却オイル)が流通する層と冷媒を冷却する媒質(例えばエンジン冷却水)が流通する層とが交互に積層される。これらの冷媒,媒質は、プレート8とコルゲートフィン9とに挟まれる溝状の空間内を流通する。また、前者の層を流れる冷媒の流通方向は、後者の層を流れる媒質の流通方向に対して直交するように設定される。各層における流通方向を直交させることで、冷媒,媒質が互いに混ざり合わない構造を容易に形成することができる。
Inside the
複数のプレート8の積層方向は、図2に示すように、モータ1からパネル4へ向かう方向に一致するように設定される。ここでいう積層方向は、例えばプレート8の法線方向と読み替えて理解してもよい。あるいは、各層を流れる冷媒,媒質の流通方向に垂直な方向を「積層方向」と定義してもよい。このようなレイアウトにより、例えば冷却部品5の熱交換器7に外力が作用した場合に、プレート8の厚み方向への変形によって衝撃が吸収され、冷却部品5が緩衝部材として機能する。
The stacking direction of the plurality of plates 8 is set to match the direction from the
図1に示すように、冷却部品5は、パネル4の表面のうち、前方が斜め上に傾斜した斜面に対向する位置に配置される(つまり、熱交換器7のプレート8がパネル4の斜面に対向するように配置される)。この斜面は、例えばフロアパネルの前端部やダッシュパネルの下端部に設けられる。冷却部品5を傾斜面に対向させることで、冷却部品5がパネル4に接触したときの反力を、前方斜め下向きに作用させることができる。したがって、車室11のスペースが確保されやすくなり、乗員保護性能が向上する。
As shown in FIG. 1 , the
冷却部品5は、パネル4の平面部18に対向する位置に配置される。平面部18は平面状に形成された部位であって、熱交換器7のプレート8のうち、最もパネル4に近い側に位置するプレート8に対してほぼ平行に設けられる部位である。図1に示すように、平面状の部位に冷却部品5を配置することで、冷却部品5がパネル4に接触したときの接触面積が増大し、冷却部品5に作用する圧力が減少する。これにより、衝撃が吸収されやすくなり、冷却部品5の緩衝性能が向上する。
The
[2.作用,効果]
図3Aに示すように、車両10の前方から外力(図中に黒矢印で示す)が作用したときに、エンジン3がエンジンルーム12内で車両10の後方側へと押し込まれる場合がある。この場合、エンジン3がジェネレータ2に接触してジェネレータ2を後方へと押し込み、モータ1及びジェネレータ2がパネル4に向かって移動する。モータ1及びジェネレータ2とパネル4との離隔距離は、徐々に減少する。[2. action, effect]
As shown in FIG. 3A , when an external force (indicated by a black arrow in the drawing) acts from the front of the
一方、モータ1の外表面には、冷却部品5が取り付けられている。冷却部品5は、モータ1及びジェネレータ2よりも先にパネル4に接触する位置に配置される。したがって、図3Bに示すように、冷却部品5がパネル4に接触したときに、モータ1及びジェネレータ2とパネル4との離隔距離が確保され、直接的な接触が回避される。また、冷却部品5は、第一コネクタ16や第二コネクタ17よりも先にパネル4に接触する位置に配置される。したがって、冷却部品5がパネル4に接触したときに、第一コネクタ16及び第二コネクタ17とパネル4との離隔距離も確保される。
On the other hand, a
モータ1及びジェネレータ2がパネル4に向かってさらに移動すると、図3Cに示すように、パネル4とモータ1とに挟まれた冷却部品5が圧縮変形する。この圧縮変形の過程で、外力のエネルギーが吸収される。これにより、モータ1,ジェネレータ2,第一コネクタ16,第二コネクタ17とパネル4との接触が防止されるとともに、変形や破損が抑制される。なお、モータ1の移動に伴い、インバータ14から第一コネクタ16までの距離が変化する。しかし、インバータ14と第一コネクタ16との間をつなぐ高圧ケーブル15が可撓性を有するものであれば、このような変形は無理なく許容される。
As the
(1)本実施例の電動機の保護構造には、車両10に搭載されるモータ1とパネル4と冷却部品5とが設けられる。パネル4は、モータ1と車室11との間を区画するように設けられる。冷却部品5は、モータ1の表面のうちパネル4に対向する側に一体的に固定される。また、冷却部品5には、モータ1を冷却する冷媒の熱を他の媒質へ移動させる熱交換器7が含まれる。このような構成により、モータ1とパネル4との接触によるモータ1の変形,破損の発生を抑制することができる。また、モータ1とパネル4との間に保護部材や補強構造を追加する必要がなく、重量増加や構造の複雑化を回避することができる。したがって、簡素な構造で電動機(モータ1やジェネレータ2)の保護性能を向上させることができる。
(1) The electric motor protection structure of this embodiment includes the
(2)図1に示すように、モータ1は、車両10に搭載されるエンジン3の後方に配置される。これにより、例えば車両10の前突時にエンジン3によって押し込まれたモータ1とパネル4との接触によるモータ1の変形,破損の発生を抑制することができる。なお、エンジン3が搭載されない車両10においては、図1中のエンジン3の位置に何らかの緩衝部材(クラッシュボックス,クッション部材など)を配置することが可能である。これに対し、エンジン3が搭載される車両10においては、そのような緩衝部材を配置する空間的な余裕がない場合がある。一方、上記の保護構造によれば、そのような緩衝部材を配置することなく、モータ1の保護性能を向上させることができるという利点がある。
(2) As shown in FIG. 1 , the
(3)熱交換器7は、隙間をあけて複数のプレート8を積層した構造を持つ。これらのプレート8は、図2に示すように、モータ1からパネル4へ向かう方向に積層される。熱交換器7の積層方向がモータ1からパネル4へ向かう方向に対応することで、プレート8の厚み方向への変形によって衝撃を吸収することができ、冷却部品5の緩衝機能を向上させることができる。また、複数のプレート8の間には冷媒の流れる隙間があることから、プレート8の変形代(最大変形量)を確保することができ、衝撃の吸収効率を高めることができる。したがって、電動機(モータ1やジェネレータ2)の保護性能を向上させることができる。
(3) The
(4)モータ1の第一コネクタ16は、図1に示すように、冷却部品5に隣接する位置に配置される。このようなレイアウトにより、モータ1及びジェネレータ2がパネル4に向かって移動したときに、少なくとも第一コネクタ16よりも先に冷却部品5をパネル4に接触させることができる。したがって、第一コネクタ16をより確実に保護することができ、電動機(モータ1やジェネレータ2)の保護性能を向上させることができる。
(4) The
(5)図1に示すように、第一コネクタ16は、冷却部品5よりも車両10の後方に配置される。これにより、モータ1の後方にバッテリ13やインバータ14が配置されたレイアウトにおいて、第一コネクタ16をパネル4に対して冷却部品5よりも離隔させつつ、第一コネクタ16とインバータ14との距離を近づけることができる。したがって、第一コネクタ16の保護性を高めつつ、高圧ケーブル15を短縮することができ、電動機(モータ1やジェネレータ2)の構成をさらに簡素にすることができる。
(5) As shown in FIG. 1 , the
(6)冷却部品5は、パネル4の表面のうち、前方が斜め上に傾斜した斜面に対向する位置に配置される。このように、冷却部品5に対向する箇所のパネル4を傾斜させることで、冷却部品5がパネル4に接触したときの反力を、前方斜め下向きに作用させることができる。つまり、モータ1及びジェネレータ2が車室11の内部に向かって移動してきたときに、モータ1及びジェネレータ2の水平方向の進入量を減少させることができる。したがって、車室11のスペースを確保することができ、乗員保護性能を向上させることができる。
(6) The
(7)冷却部品5は、車両に設けられる複数の電動機の一つであるモータ1に固定される。この冷却部品5が固定される位置は、冷却部品5とパネル4との離隔距離がモータ1やジェネレータ2とパネル4との離隔距離よりも小さくなる位置に設定される。つまり、冷却部品5が取り付けられた状態において、モータ1やジェネレータ2よりも冷却部品5がパネル4の近くに位置するように、冷却部品5の固定位置が定められる。このようなレイアウトにより、モータ1及びジェネレータ2がパネル4に向かって移動したときに、モータ1やジェネレータ2よりも先に冷却部品5をパネル4に接触させることができる。したがって、モータ1やジェネレータ2を確実に保護することができ、電動機(モータ1やジェネレータ2)の保護性能を向上させることができる。
(7) The
(8)図1に示すように、冷却部品5は、パネル4の平面部18に対向する位置に配置される。これにより、モータ1及びジェネレータ2がパネル4に向かって移動したときに、パネル4に近い冷却部品5の端面をパネル4に面接触させることができ、冷却部品5とパネル4との接触面積を増大させることができる。つまり、冷却部品5に作用する圧力を減少させることができ、冷却部品5の全体を満遍なく圧縮変形させながら、その衝撃を吸収することができる。したがって、冷却部品5の緩衝性能を向上させることができる。
(8) As shown in FIG. 1 , the
[3.変形例]
上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。例えば、上記の実施例では、エンジンルーム12の内部にモータ1,ジェネレータ2,エンジン3が配置されたハイブリッド自動車を例示したが、ジェネレータ2やエンジン3を持たない電気自動車に上記の保護構造を適用することも可能である。[3. Modification]
The above embodiment is merely an example, and is not intended to exclude various modifications and application of techniques not explicitly described in this embodiment. Each configuration of this embodiment can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Also, they can be selected or combined as needed. For example, in the above embodiment, the hybrid vehicle in which the
また、上記の実施例では、冷却部品5がパネル4の平面部18に対向する位置でモータ1の表面に固定されているが、冷却部品5とパネル4との位置関係はこのような関係に限定されない。例えば、図4に示すように、パネル4の屈曲部19に対向する位置に冷却部品5を配置してもよい。屈曲部19は、稜線を挟んで二つの面が接合された形状の部位であり、例えば面状の部材を屈曲させて形成される。屈曲部19に対向するように冷却部品5を設けることで、屈曲部19とモータ1との干渉が防止される。したがって、電動機(モータ1やジェネレータ2)の保護性能を向上させることができる。
In the above embodiment, the
本出願は、2020年2月13日出願の日本特許出願特願2020-022503に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2020-022503 filed on February 13, 2020, the contents of which are incorporated herein by reference.
1 モータ(電動機,駆動装置)
2 ジェネレータ(電動機,駆動装置)
3 エンジン(内燃機関,駆動装置)
4 パネル
5 冷却部品
6 ケーシング
7 熱交換器
8 プレート
9 コルゲートフィン
10 車両
11 車室
12 エンジンルーム
13 バッテリ
14 インバータ
15 高圧ケーブル
16 第一コネクタ
17 第二コネクタ
18 平面部
19 屈曲部1 motor (electric motor, driving device)
2 Generator (motor, driving device)
3 Engine (internal combustion engine, drive system)
4
Claims (7)
前記電動機と車室との間を区画する面状のパネルと、
前記電動機を冷却する冷媒の熱を前記冷媒とは別の媒質へ移動させるように構成された熱交換器とを備え、
前記熱交換器は、複数のプレートを互いに隙間をあけて積層した構造を有し、
前記電動機の表面のうち前記パネルに対向する側に、前記複数のプレートの積層方向が、前記電動機から前記パネルへ向かう方向と一致するように積層された状態で一体的に固定され、
前記少なくとも一つの電動機は、前記車両に搭載される複数の電動機を含み、
前記熱交換器が、前記複数の電動機のうち一つに固定されるとともに、前記熱交換器の前記複数のプレートのうちの最も前記パネルに近い側に位置するプレートと前記パネルとの間の離隔距離が、前記複数の電動機の各々と前記パネルとの間の離隔距離よりも小さくなるように固定されることを特徴とする、電動機の保護構造。 at least one electric motor mounted on the vehicle;
a planar panel that partitions between the electric motor and the vehicle compartment;
a heat exchanger configured to transfer heat of a refrigerant that cools the electric motor to a medium different from the refrigerant;
The heat exchanger has a structure in which a plurality of plates are stacked with a gap between each other,
integrally fixed to the side of the surface of the electric motor facing the panel , in a laminated state such that the stacking direction of the plurality of plates coincides with the direction from the electric motor to the panel;
The at least one electric motor includes a plurality of electric motors mounted on the vehicle,
The heat exchanger is fixed to one of the plurality of electric motors, and a separation between a plate of the plurality of plates of the heat exchanger located closest to the panel and the panel. A protective structure for an electric motor, wherein the motors are fixed so that a distance between them is smaller than a separation distance between each of the plurality of electric motors and the panel.
前記熱交換器が、前記斜面に対向するように配置されることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の電動機の保護構造。 The panel includes a slope that slopes obliquely upward on the front side of the vehicle,
A protective structure for an electric motor according to any one of claims 1 to 4 , wherein said heat exchanger is arranged to face said inclined surface.
前記熱交換器が、前記パネルの前記平面部に対向するように配置されることを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の電動機の保護構造。 The panel has a planar portion that is a flat surface,
The protection structure for an electric motor according to any one of claims 1 to 5 , wherein the heat exchanger is arranged so as to face the flat portion of the panel.
前記熱交換器が、前記パネルの前記屈曲部に対向するように配置されることを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の電動機の保護構造。 The panel has a bent portion that is a bent surface,
A protective structure for an electric motor according to any one of claims 1 to 5 , characterized in that said heat exchanger is arranged so as to face said bent portion of said panel.
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