JP7728296B2 - モータユニットのパワーコントロールユニット取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、モータユニットのパワーコントロールユニット取付構造に関する。

ハイブリッド車両の中には、例えば、エンジンの動力で発電する発電モータと、走行用の動力を発生する駆動モータと、を搭載するものがある。そして、モータは駆動によって熱が発生するため、モータの連続的な運転を行うためには、モータの冷却が必要となる（例えば特許文献１参照）。

また、車両には、モータ（発電モータおよび駆動モータ）を駆動するため、半導体などの電子部品を内蔵したＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）が搭載される。そして、ＰＣＵの連続的な運転を行うためには、ＰＣＵの冷却が必要となる。上記のような車両には、ＰＣＵを冷却するための冷却装置が設けられている。

特開２０１４－３７５２号公報

車両において、ＰＣＵの冷却装置を水冷式にした場合には、水等の液体冷媒をパワーコントロールユニットに輸送するための配管が必要になる。そして、例えば軽自動車等の車両の内部空間が狭い車両では、内部空間に液体冷媒の配管を通すための空間を確保することが困難であるという問題があった。

本発明の目的は、液体冷媒の配管を通すための空間を必要としない、モータユニットのパワーコントロールユニット取付構造を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るモータユニットのパワーコントロールユニット取付構造は、電動車両に搭載されるモータユニットであって、モータユニットと車幅方向に並ぶマフラを有しており、モータユニットの側方にパワーコントロールユニットが一体に取り付けられており、モータユニット、マフラ及びパワーコントロールユニットは、車幅方向において並んで配置され、モータユニットは、マフラとパワーコントロールユニットとの間に位置しており、パワーコントロールユニットには、パワーコントロールユニットを冷却させるためのフィンが設けられており、フィンは、電動車両の下方の冷却風が電動車両の後方に流れるように配置されている。

この構成によれば、電動車両の下方の冷却風を利用してパワーコントロールユニットを冷却することができるため、冷却媒体として液体を用いる場合と比べて、配管の取り回しを不要にすることができる。

また、本発明に係るモータユニットのパワーコントロールユニット取付構造において、パワーコントロールユニットのフィンの高さは、ドライブシャフトの高さ以下である。

この構成によれば、パワーコントロールユニットのフィンを車両の低い位置に配置することによって、車両走行による冷却風を当たりやすくすることができるため、冷却性能を向上することができる。

また、本発明に係るモータユニットのパワーコントロールユニット取付構造において、モータユニットの側方には、熱源が設けられており、パワーコントロールユニットは、モータユニットを挟んで熱源とは反対側に設けられる。

この構成によれば、パワーコントロールユニットに対する熱源からの受熱を抑制することができ、それによって、冷却性能を向上することができる。

本発明によれば、モータユニットのパワーコントロールユニット取付構造において、車両下方の冷却風を利用してパワーコントロールユニットを冷却することができるため、液体冷媒の配管を通すための空間を必要としない。

図１は、電動車の一部を示す模式的な底面図である。 図２は、電動車両の車両後方側における下部の側面図である。 図３は、電動車両の車両後方側における斜視図である。 図４は、電動車両が有するモータユニット、ＰＣＵ、および、トランスアクスルの正面図である。 図５は、図４に示すＰＣＵ、および、トランスアクスルの正面図である。 図６は、図４に示すＰＣＵの断面図である。

以下に、電動車の実施形態について、図１～図６を参照して説明する。なお、本明細書において、実施形態に係る構成要素及び当該要素の説明が、複数の表現で記載されることがある。構成要素及びその説明は、一例であり、本明細書の表現によって限定されない。構成要素は、本明細書におけるものとは異なる名称でも特定され得る。また、構成要素は、本明細書の表現とは異なる表現によっても説明され得る。

図１は、電動車１０の一部を示す模式的な底面図である。本実施形態において、電動車（電動車両）１０は、ハイブリッドカー（ＨＶ）である。なお、電動車１０は、プラグインハイブリッドカー（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＶ）、又は駆動力に電気を用いる他の種類の車両であっても良い。

各図面に示されるように、本明細書において、便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｘ軸は、車幅方向に沿って設けられる。Ｙ軸は、前後方向に沿って設けられる。Ｚ軸は、鉛直方向に沿って設けられる。

さらに、本明細書において、Ｘ方向（車幅方向）、Ｙ方向（前後方向）及びＺ方向（鉛直方向）が定義される。Ｘ方向は、Ｘ軸に沿う方向であって、Ｘ軸の矢印が示す＋Ｘ方向（右方向）と、Ｘ軸の矢印の反対方向である－Ｘ方向（左方向）とを含む。Ｙ方向は、Ｙ軸に沿う方向であって、Ｙ軸の矢印が示す＋Ｙ方向（前方向）と、Ｙ軸の矢印の反対方向である－Ｙ方向（後方向）とを含む。Ｚ方向は、Ｚ軸に沿う方向であって、Ｚ軸の矢印が示す＋Ｚ方向（上方向）と、Ｚ軸の矢印の反対方向である－Ｚ方向（下方向）とを含む。

電動車１０は、車体１１と、一対の後輪１２と、リアサスペンション１３と、一対のドライブシャフト１４と、Ｅ－Ａｘｌｅ１５と、燃料タンク１６と、エキゾーストパイプ（エキパイ）１７とを備える。さらに、電動車１０は、前輪、エンジン、電池、及び他の種々の部品を備える。

車体１１は、例えば、シャシー及びフロアパネルを有する。

後輪１２、リアサスペンション１３、ドライブシャフト１４、Ｅ－Ａｘｌｅ１５、燃料タンク１６、エキパイ１７、前輪、エンジン、及び電池は、直接的又は間接的に、車体１１に支持される。エンジンは、例えばガソリンエンジンである。電池は、例えば、複数のリチウムイオン電池のような二次電池を組み合わせた組電池である。

リアサスペンション１３は、ド・ディオン式サスペンション又はトーションビーム式サスペンションである。なお、リアサスペンション１３は、この例に限られない。リアサスペンション１３は、一対のトレーリングアーム３１と、中間ビーム３２とを有する。中間ビーム３２は、トーションビームとも称され得る。

一対のトレーリングアーム３１は、車幅方向に互いに離間している。トレーリングアーム３１は、おおよそ前後方向に延びている。一対のトレーリングアーム３１のそれぞれは、対応する後輪１２及び対応するサイドメンバに取り付けられる。なお、トレーリングアーム３１は、車体１１の他の部分に取り付けられても良い。

一対の後輪１２が、対応するトレーリングアーム３１の後方の端部３１ａに回転可能に取り付けられる。

トレーリングアーム３１は、スプリングを介して車体１１に懸架される。リアサスペンション１３は、当該スプリングにより、車体１１に対して鉛直方向に作用する振動を吸収することができる。

中間ビーム３２は、一対のトレーリングアーム３１を連結する。中間ビーム３２は、トレーリングアーム３１の二つの端部の中間において当該トレーリングアーム３１に取り付けられる。中間ビーム３２は、略車幅方向に延びている。

エキパイ１７は、おおよそ前後方向に延び、エンジンのシリンダから出た排気ガスを電動車１０の後端から外部へ排出させる。エキパイ１７は、マフラ５１を有する。

マフラ５１は、箱状に形成され、排気騒音を低減させる。マフラ５１は、後述するＭＧ４１と車幅方向に並ぶ。本実施形態では、マフラ５１は、ＭＧ４１から左方向に離間している。このため、ＭＧ４１は、ＰＣＵ４３とマフラ５１との間に位置する。

一対のドライブシャフト１４は、中間ビーム３２の後方に位置する。一対のドライブシャフト１４は、中間ビーム３２から後方向に離間している。一対のドライブシャフト１４のそれぞれは、おおよそ車幅方向に延び、対応する後輪１２に接続される。ドライブシャフト１４は、後輪１２と略一体に回転する。このため、ドライブシャフト１４は、後輪１２を駆動することができる。

Ｅ－Ａｘｌｅ１５は、モータジェネレータ（ＭＧ）４１と、トランスアクスル（ＴＡ）４２と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）４３とを有する。なお、Ｅ－Ａｘｌｅ１５は、他の部品を有しても良い。

ＭＧ４１は、中間ビーム３２の後方に位置し、且つドライブシャフト１４の後方に位置する。ＭＧ４１は、ドライブシャフト１４及び中間ビーム３２から後方向に離間している。なお、前後方向においてＭＧ４１の一部がドライブシャフト１４と同一の位置にあっても良い。

ＭＧ４１は、電動機及び発電機として機能することができる。ＭＧ４１は、例えば、永久磁石同期モータである。なお、ＭＧ４１は、この例に限られない。ＭＧ４１は、ロータ４５を有する。さらに、ＭＧ４１は、ステータ及び他の部品を有する。

ロータ４５は、例えば、永久磁石及び出力軸を有する。ＭＧ４１は、ロータ４５を中心軸Ａｘ１まわりに回転させる。中心軸Ａｘ１は、略前後方向に延びている。中心軸Ａｘ１は、ロータ４５の回転の中心軸であるとともに、ロータ４５の出力軸の中心軸である。なお、中心軸Ａｘ１は、出力軸の中心軸と若干異なっても良い。

ロータ４５の回転の中心軸Ａｘ１は、ドライブシャフト１４の回転の中心軸Ａｘ２と交差する方向に延びている。中心軸Ａｘ２は、ドライブシャフト１４の回転の中心軸であるとともに、ドライブシャフト１４の中心軸である。なお、中心軸Ａｘ２は、ドライブシャフト１４の中心軸と若干異なっても良い。

ドライブシャフト１４の回転の中心軸Ａｘ２は、おおよそ車幅方向に延びている。本実施形態では、ロータ４５の回転の中心軸Ａｘ１は、ドライブシャフト１４の回転の中心軸Ａｘ２と直交する方向に延びている。

ＴＡ４２は、デファレンシャルギヤ（デフ）４６を有する。ＴＡ４２は、トランスミッション及び他の部品をさらに有しても良い。デフ４６は、ロータ４５の回転をドライブシャフト１４に伝達する。デフ４６又はＴＡ４２の他の部品に含まれる複数のギヤは、中心軸Ａｘ１まわりのロータ４５の回転を、中心軸Ａｘ２まわりのドライブシャフト１４の回転に変換する。

ＰＣＵ４３は、例えば、右方向におけるＭＧ４１の端面に取り付けられる。このため、ＰＣＵ４３は、ＭＧ４１と車幅方向に並ぶ。なお、ＰＣＵ４３の位置は、この例に限られない。ＰＣＵ４３は、ＭＧ４１の駆動を制御する。例えば、ＰＣＵ４３は、インバータを有する。

電動車１０の走行時には、電池から出力される直流電流がインバータで交流電流に変換され、交流電流がＭＧ４１に供給される。これにより、ＭＧ４１が力行運転されて、ＭＧ４１が動力を発生する。例えば電池の残容量が所定の値を下回るとき、エンジンが稼働している間、ＭＧ４１は発電運転されても良い。

また、電動車１０の減速時には、ＭＧ４１が回生運転され、後輪１２からＭＧ４１に伝達される動力が交流電力に変換される。このとき、ＭＧ４１が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗が電動車１０を制動する制動力（回生制動力）として作用する。このとき、ＰＣＵ４３では、ＭＧ４１からインバータに供給される交流電力がインバータで直流電力に変換される。そして、直流電力が電池に供給されることにより、電池が充電される。

燃料タンク１６は、ガソリンのような燃料を貯蔵する。なお、電動車１０が電気自動車の場合、燃料タンク１６の代わりに電池が中間ビーム３２の前方に配置される。また、電動車１０が燃料電池自動車の場合、燃料タンク１６は水素を貯蔵する。

図２は、電動車両の車両後方側における下部の側面図である。図３は、電動車両の車両後方側における斜視図である。図４は、電動車両が有するモータユニットであるＭＧ４１、ＰＣＵ４３、および、ＴＡ４２の正面図である。図５は、図４に示すＰＣＵ４３、および、ＴＡ４２の正面図である。図６は、図４に示すＰＣＵ４３の断面図である。

本発明に係るモータユニット（ＭＧ４１）のパワーコントロールユニット（ＰＣＵ４３）の取付構造は、例えば、電動車１０の前後方向における後部に搭載される。

本実施形態に係るＭＧ４１、ＴＡ４２およびＰＣＵ４３は、それぞれの筐体４１１、４２１、４３１が接合されてユニット化され、一体となっている（図１参照）。より具体的に説明すると、ＭＧ４１の筐体４１１とＴＡ４２の筐体４２１とが接合され、かつ、ＭＧ４１の筐体４１１とＰＣＵ４３の筐体４３１とが接合される。換言すると、ＭＧ４１の側方にＰＣＵ４３が一体に取り付けられている。なお、本実施形態に係る電動車１０は、ＭＧ４１、ＴＡ４２およびＰＣＵ４３が一体にされたものを説明した。しかし、本実施形態に係る電動車１０は、それに限られず、ＭＧ４１とＰＣＵ４３とを一体にしてもよい。

エキパイ１７は、エンジンからの排気ガスを車外に排出するため、熱源である。本実施形態に係る電動車１０は、図１、図３に示すように、車幅方向において、ＰＣＵ４３と、ＭＧ４１と、エキパイ１７とを並べて配置してある。

ＰＣＵ４３は、車幅方向において、ＭＧ４１を挟んで熱源であるエキパイ１７の反対側に配置される。換言すると、ＰＣＵ４３は、ＭＧ４１を挟んで熱源であるエキパイ１７とは反対側に配置される。したがって、ＰＣＵ４３は、熱源であるエキパイ１７から離れるように配置されるため、熱源からの受熱を抑制することができる。

ＰＣＵ４３のフィン４３３の高さは、図４に示すように、鉛直方向において、ドライブシャフト１４の高さと略同一となるようにＭＧ４１にＰＣＵ４３が取り付けられる。つまり、本実施形態に係る電動車１０において、ＰＣＵ４３のフィン４３３の高さは、ドライブシャフト１４の高さ以下である。また、鉛直方向において、ドライブシャフト１４に対するフィン４３３の配置は、上記に限られず、鉛直方向において、ドライブシャフト１４の下方に、ＰＣＵ４３のフィン４３３が配置されてもよい。

ＰＣＵ４３は、図３に示すように、車外に露出するようにＭＧ４１に取り付けられ、図４、図５に示す筐体４３１を有する。筐体４３１は、例えば、車幅方向に対して直交し、かつ、前後方向に沿う外面４３２ｆを有する壁部４３２を有する（図３参照）。壁部４３２は、ＰＣＵ４３を冷却するためのフィン４３３を有する。フィン４３３は、図４、図５に示すように、壁部４３２の外面４３２ｆから外側に向けて突出する凸部４３３ａと、凸部４３３ａに対して筐体４３１の内部へ向けて凹む凹部４３３ｂと、を有する。凸部４３３ａおよび凹部４３３ｂは、例えば、前後方向に沿う直線状にそれぞれ形成される。このような凸部４３３ａおよび凹部４３３ｂは、壁部４３２に複数設けられ、鉛直方向において、凸部４３３ａと凹部４３３ｂとが交互に配置される。

車両が走行した場合には、走行によって電動車１０の車体１１の下方ＬＯを通過する冷却風が発生する。そして、冷却風は、矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４の方向（つまり、車両の前後方向における前方から後方へ向かう方向）に流れる。そして、矢印Ｆ３と矢印Ｆ４との間において、冷却風は、フィン４３３の凹部４３３ｂのそれぞれに沿って流れる。そのため、ＰＣＵ４３は、フィン４３３によって車両の前後方向における前方から後方へ向かう冷却風で冷却される。

ＰＣＵ４３は、図６に示すように、基板４３４と、パワー半導体（いわゆるInsulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）４３５と、コンデンサ４３６と、を備える。基板４３４、パワー半導体４３５、および、コンデンサ４３６は、ＰＣＵ４３の筐体４３１の内部に位置する内部空間４３１ｓに配置される。そして、パワー半導体４３５は、基板４３４に取り付けられ、かつ、筐体４３１の内部空間４３１ｓを介し、車幅方向においてフィン４３３の裏面に対向して配置される。言い換えると、内部空間４３１ｓを介在させた状態で、車幅方向から視た場合、フィン４３３とパワー半導体４３５とが重なるように配置される。したがって、電動車１０が走行した場合には、パワー半導体４３５は、走行によって生じる冷却風によって冷却される。

以上説明したように、本実施形態に係る駆動モータ（モータユニット）４１のＰＣＵ取付構造は、ＰＣＵ４３には、ＰＣＵ４３を冷却させるためのフィン４３３が設けられており、フィン４３３は、電動車１０の車体１１における下方の冷却風が電動車１０の前後方向における前方から後方に流れるように配置されている。したがって、電動車１０の車体１１における下方の冷却風を利用してＰＣＵ４３を冷却することができるため、冷却媒体として液体を用いる場合と比べて、配管の取り回しを不要にすることができる。その結果、冷却媒体としての液体を循環させるための配管が不要になるため、電動車１０の製造コストを安価にすることができる。

その上、本実施形態に係るＭＧ４１のＰＣＵ取付構造は、例えば車幅方向におけるＭＧ４１の側方にＰＣＵ４３が一体に取り付けられている。したがって、ＰＣＵと駆動モータとが別体に設けられ、ＰＣＵと駆動モータとの間に空間が設けられた車両と比較し、当該空間の分だけ部品が配置される空間を小型にすることができる。その結果、軽自動車等の車両の搭載空間が狭い車両において、部品が配置される空間を有効に利用することができる。

また、本実施形態に係るＭＧ４１のＰＣＵ取付構造は、ＰＣＵ４３のフィン４３３の高さは、ドライブシャフト１４の高さ以下である。したがって、ＰＣＵ４３を電動車１０の鉛直方向における低い位置に配置することによって、電動車１０の走行による冷却風を当たりやすくすることができるため、ＰＣＵ４３の冷却性能を向上することができる。

また、本実施形態に係るＭＧ４１のＰＣＵ取付構造は、ＭＧ４１の側方には、熱源（本実施形態ではマフラ５１）が設けられており、ＰＣＵ４３は、ＭＧ４１を挟んで熱源とは反対側に設けられる。したがって、ＰＣＵ４３に対する熱源からの受熱を抑制することができ、それによって、冷却性能を向上することができる。

また、本実施形態に係るＭＧ４１のＰＣＵ取付構造は、内部空間４３１ｓを介在させた状態で、車幅方向から視た場合、フィン４３３とパワー半導体４３５とが重なるように配置される。したがって、電動車１０が走行した場合、パワー半導体４３５は、走行によって生じる冷却風によって冷却される。一方、フィンとパワー半導体との間に、他の部品が配置される車両では、フィンで冷却された内部空間の空気が他の部品で暖められ、フィンで冷却された内部空間の空気によるパワー半導体の冷却が阻害される。

また、本実施形態に係るＭＧ４１のＰＣＵ取付構造は、車幅方向において、ＰＣＵ４３と、ＭＧ４１と、マフラ５１とを並べて配置してある。したがって、軽自動車等の車両の搭載空間が狭い車両において、搭載空間を有効に活用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能である。また、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。また、この実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…電動車（電動車両）、１４…ドライブシャフト、１７…エキパイ（熱源）、４１…ＭＧ（モータユニット）、４３…ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）、４３３…フィン

Claims (2)

1. 電動車両に搭載されるモータユニットであって、
   前記モータユニットと車幅方向に並ぶマフラを有しており、
   前記モータユニットの側方にパワーコントロールユニットが一体に取り付けられており、
   前記モータユニット、前記マフラ及び前記パワーコントロールユニットは、前記車幅方向において並んで配置され、
   前記モータユニットは、前記マフラと前記パワーコントロールユニットとの間に位置しており、
   前記パワーコントロールユニットには、前記パワーコントロールユニットを冷却させるためのフィンが設けられており、
   前記フィンは、前記電動車両の前方からの冷却風が前記電動車両の後方に流れるように配置されている、
   モータユニットのパワーコントロールユニット取付構造。
2. 前記パワーコントロールユニットの前記フィンの高さは、ドライブシャフトの高さ以下である、
   請求項１に記載のモータユニットのパワーコントロールユニット取付構造。