JP2020078971A - 電動車両駆動ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電力制御装置のケースと車両駆動装置のケースの間に位置する導電性部材から放射される電磁ノイズを低減する技術を開示する。【解決手段】電力制御装置と車両駆動装置の間に中間部材が介在するともに導電性遮蔽板が配置されている。電力制御装置は、第一開口を有する導電性第一ケースに収容されており、車両駆動装置は、第二開口を有する導電性第二ケースに収容されている。中間部材は第一開口と第二開口を気密に封止する非導電性のシール部材と、シール部材の内側を貫通して第一開口と第二開口を通過する導電性部材を備えている。非導電性シール部材の外側に導電性遮蔽板が配置されている。その導電性遮蔽板は、第一ケースと第二ケースの双方に接続されている。導電性遮蔽板を利用して導電性部材が放射する電磁ノイズによるインダクタンスを抑制することで、電磁ノイズを低減することができる。【選択図】図２

Description

本明細書は、電力制御装置と車両駆動装置を備えている電動車両駆動ユニットに関する。

ケースに収容されている電力制御装置とケースに収容されている車両駆動装置を固定して電動車両駆動ユニットを構成する技術が開発されている。そのユニットでは、電力制御装置と車両駆動装置の間を導電性部材で接続する必要があり、電力制御装置のケースと車両駆動装置のケースの双方にその導電性部材が通過する開口を形成しておく。導電性部材を外界から保護するとともに前記両開口を気密に封止するために、その導電性部材の周囲にシール部材を設けることがある。シール部材は、電力制御装置側の開口と車両駆動装置側の開口の双方を気密に封止する。また導電性部材は、シール部材の内側を貫通して電力制御装置側の開口と車両駆動装置側の開口を通過する。

前記電力制御装置と導電性部材と車両駆動装置には、その大きさが急峻に変化する大電流が流れ、周囲に電磁ノイズを放射する。電動車両駆動ユニットの近傍に、その電磁ノイズの影響を受ける電子機器を配置することがあり、その電磁ノイズ対策が必要とされている。

電力制御装置と車両駆動装置に関しては、それぞれのケースを導電性部材で形成し、アースをとることで電磁ノイズに対策することができる。両者を接続する導電性部材に関しても、その周囲を囲繞するシール部材を導電性部材で形成すれば電磁ノイズ対策することができるが、電力制御装置側の開口と車両駆動装置側の開口の双方を気密に封止する必要があるシール部材を導電性部材で形成することが困難であり、電力制御装置のケースと車両駆動装置のケースの間に位置する導電性部材から放射される電磁ノイズ対策が必要とされている。

電力制御装置は、典型的には電源の直流電力を交流に変換するインバータである。電力制御装置は、昇圧コンバータを含む場合もある。また、車両駆動装置は、典型的には走行用モータである。なお、本明細書における電動車両には、電気自動車のほか、ハイブリッド車と燃料電池車も含まれる。

特開２０１５−２０５５９６号公報

特許文献１は、電力制御装置の金属製ケースと金属製ブラケットが絶縁性の防振ブッシュを介して固定する際に、編組線により金属製ケースと金属製ブラケットを導通させる技術を示している。この技術は、電力制御装置の金属製ケースをアースする技術であり、電力制御装置のケースと車両駆動装置のケースの間に位置する導電性部材から放射される電磁ノイズに対策するものでない。
本明細書では、電力制御装置のケースと車両駆動装置のケースの間に位置する導電性部材から放射される電磁ノイズに対策する技術を開示する。

本技術を適用した電動車両駆動ユニットは、電力制御装置と車両駆動装置の間に中間部材が介在するともに導電性遮蔽板が配置されている。電力制御装置は、第一開口を有する導電性第一ケースに収容されており、車両駆動装置は、第二開口を有する導電性第二ケースに収容されている。中間部材は、第一開口と第二開口を気密に封止する非導電性のシール部材と、そのシール部材の内側を貫通して第一開口と第二開口を通過する導電性部材を備えている。非導電性シール部材の外側に導電性遮蔽板が配置されている。その導電性遮蔽板は、第一ケースと第二ケースの双方に接続されている。

上記の電動車両駆動ユニットでは、非導電性シール部材の外側に導電性遮蔽板が配置されており、その導電性遮蔽板が電力制御装置のケースと車両駆動装置のケースの双方に接続されている。これによると、導電性部材に変動電流が流れて導電性部材の周囲に磁界が発生すると、その導電部材の外側に配置されている導電性遮蔽板に誘導電流が流れ、その誘導電流が磁界を発生する。誘導電流が発生する磁界は導電性部材を流れる変動電流に起因する磁界と逆方向であり、導電性部材を通過する変動電流に起因する磁界を相殺する。これによって導電性遮蔽板を超えて伝搬する電磁ノイズの強度が低下し、導電性部材のインダクタンスが低減される。この結果、電力制御装置のケースと車両駆動装置のケースの間に位置する導電性部材から放射される電磁ノイズは、導電性遮蔽板を超えて伝搬することが抑制され、電磁ノイズから保護する必要がある電子機器を電磁ノイズから保護することができる。

なお、非導電性シール部材の外側に導電性遮蔽板が配置されているとは、シール部材の外周を一巡している場合と、外周の一部に配置されている場合の双方を含む。電磁ノイズから保護する必要がある電子機器の配置位置が限定されている場合は、一部に導電性遮蔽板を配置することで、導電性遮蔽板によって電子機器を電磁ノイズから保護することができる。
また、導電性部材が開口を通過するという場合、導電性部材がシール部材によって覆われた状態で通過する場合と、導電性部材がシール部材から露出した状態で通過する場合の双方を含む。開口を封止するシール部材は、開口内に侵入することもあるし、開口外に留まることもある。

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。

実施例の電動車両駆動ユニットが搭載されるハイブリッド車のフロントコンパートメント内の部品レイアウトを示す上方斜視図である。 実施例の電動車両駆動ユニットの側面図である。 図２におけるＩＩＩの範囲を拡大した上方斜視図である。 実施例の電動車両駆動ユニットの組立工程（１）を示す上方斜視図である。 実施例の電動車両駆動ユニットの組立工程（２）を示す上方斜視図である。 図２のＶＩ−ＶＩにおける電動車両駆動ユニットの部分断面図である。 サービスカバー配置前後の電磁ノイズの強度を示す分布図である。 サービスカバー配置前後の磁界の成分方向を示す分布図である。

図面を参照して実施例の電動車両駆動ユニット１０について説明をする。図１はハイブリッド車２のフロントコンパートメント４における機器の配置を示す。図１では、ハイブリッド車２の車両後方が省略されている。図１に示すように、フロントコンパートメント４には、電動車両駆動ユニット１０や、エンジン１４、ＥＣＵ１２等の機器が隣接している。フロントコンパートメント４には、その他にも機器が配置されているが、ここでは説明を省略する。なお、図１では各機器は模式化して描いてある。

電動車両駆動ユニット１０は、トランスアスクル６と、トランスアスクル６の上に固定されたＰＣＵ８（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔの略）により構成されている。トランスアスクル６は、モータ２２（図２参照）や動力分配機構、デファレンシャルギア等を収容する。動力分配機構や、デファレンシャルギアについては図示を省略する。トランスアスクル６のケースは、例えば、アルミニウムのダイキャスト、あるいは、削り出しで作られる。すなわち、トランスアスクル６のケースは導電性を有する。トランスアスクル６の詳細構造や機能については説明を省略する。

また、ＰＣＵ８は、インバータ２４（図４参照）を収容している。ＰＣＵ８は、走行用のモータ２２（図２参照）を駆動するデバイスである。より詳しくは、ＰＣＵ８は、不図示の高電圧バッテリの電力を昇圧した後、交流に変換してモータ２２へ供給する。ＰＣＵ８のケースは、例えば、アルミニウムのダイキャスト、あるいは、削り出しで作られる。すなわち、ＰＣＵ８のケースは導電性を有する。ＰＣＵ８の詳細構造や機能については説明を省略する。

図２を用いて電動車両駆動ユニット１０の構造の詳細について説明する。図２は、車両左側、すなわちＨ軸正側からみた電動車両駆動ユニット１０の側面図である。先に述べたように、トランスアスクル６の上にＰＣＵ８が固定されている。図２に示すように、トランスアスクル６とＰＣＵ８は直接固定されている。別言すれば、トランスアスクル６とＰＣＵ８は当接している。先に述べたようにトランスアスクル６とＰＣＵ８のケースはともにアルミニウムにより形成されている。すなわち、両ケースは導電性を有している。図示はされていないが、トランスアスクル６はハイブリッド車２のボディと電気的に接続されている。すなわち、電動車両駆動ユニット１０は、ハイブリッド車２のボディとアースをとっている。トランスアスクル６のケースは、Ｈ軸正側からカバーにより塞がれている。トランスアスクル６のカバーは、図２に示すように、複数のボルト１８ａによりＨ軸正側から固定されている。

また、図２に示すように、ＰＣＵ８とトランスアスクル６の車両後方の接続部に、サービスカバー２０が設けられている。詳細な説明は後述するが、サービスカバー２０は、２本のボルト１８ｂによりＰＣＵ８に固定されるとともに、１本のボルト１８ｂによりトランスアスクル６に固定されている。また、トランスアスクル６とＰＣＵ８の間には、端子台１６が設けられている。

図３を用いてトランスアスクル６とＰＣＵ８の接続部の詳細を示す。図３は、図２におけるＩＩＩの範囲を拡大した上方斜視図である。図３に示すように、ＰＣＵ８は、トランスアスクル６に向かって伸びる筒部を有している。また、その筒部とトランスアスクル６の間には、端子台１６が設けられている。端子台１６は、ボルト１８ｃによりトランスアスクル６に固定されている。端子台１６は、ＰＣＵ８の筒部に挿入されている。すなわち、ＰＣＵ８とトランスアスクル６の間に端子台１６が介在している。詳細は後述するが、この端子台１６は、樹脂により形成されている。すなわち、端子台１６は、導電性を有しない。なお、図３〜５では、理解を助けるため、端子台１６を示す部位をハッチングで示している。

図３に示すように、サービスカバー２０は、端子台１６を覆うようにＰＣＵ８とトランスアスクル６の双方に固定されている。また、このサービスカバー２０は、鉄で形成されている。すなわち、サービスカバー２０は、導電性を有する。別言すれば、樹脂製の端子台１６の外側にサービスカバー２０が配置されており、サービスカバー２０がＰＣＵ８のケースとトランスアスクル６のケースの双方に接続されている。

続いて、図４及び図５を用いて実施例の電動車両駆動ユニット１０の組立工程について説明する。図４は、ＰＣＵ８の筒部に端子台１６が挿入される前の状態を示している。図４に示すように、端子台１６は、トランスアスクル６の開口６Ｈを塞ぐようにトランスアスクル６に４本のボルト１８ｃにより固定されている。端子台１６の内側をバスバ２６がＰＣＵ８に向かって貫通している。バスバ２６は、ＰＣＵ８に収容されているインバータ２４とモータ２２（図２参照）を三相で接続する。このため、バスバ２６の３本の端子が端子台１６の内側を貫通している。図４の矢印に示すように、ＰＣＵ８が上方からトランスアスクル６に組付けられる。その際、端子台１６はＰＣＵ８の開口８Ｈを内側から気密に封止する。また、バスバ２６はＰＣＵ８の開口８Ｈを通過する。

図５にＰＣＵ８をトランスアスクル６に組付けた状態を示す。先に述べたように、バスバ２６の３本の端子は、ＰＣＵ８の開口８Ｈを通過している。図５に示すように、バスバ２６の３本の端子は、インバータ２４の３本の端子とボルト１８ｄにより固定されている。ＰＣＵ８の筒部には、車両前後方向に伸びる長孔形状のサービスホールが設けられている。電動車両駆動ユニット１０を組立てる際、このサービスホールにボルト１８ｄを通過させてボルト１８ｄを締結することで、バスバ２６の端子とインバータ２４の端子を接続する。これにより、インバータ２４からモータ２２（図２参照）にバスバ２６が三相交流を伝送する。バスバ２６の端子とインバータ２４の端子を接続した後、外側からサービスカバー２０をサービスホールにかぶせるように取り付ける。サービスカバー２０を３本のボルト１８ｂでＰＣＵ８のケースとトランスアスクル６のケース双方に固定することで、実施例の電動車両駆動ユニット１０は完成する。

なお、本明細書が開示する電動車両駆動ユニットは、組付け完了後に電力制御装置と車両駆動装置の間に中間部材が介在する構造を備えているものをいい、上述したあらかじめ車両駆動装置と中間部材を接続しておいたものに電力制御装置を接続して製造するものに限定されない。あらかじめ電力制御装置と中間部材を接続しておいたものに車両駆動装置を接続して製造することもできる。

図６を用いて、端子台１６の詳細構造について説明する。図６は、図２におけるＶＩ−ＶＩの電動車両駆動ユニット１０の部分断面図である。図６に示すように、ＰＣＵ８の開口８Ｈと、トランスアスクル６の開口６Ｈは対向している。また、ＰＣＵ８の下端と、トランスアスクル６の上面には間隙が存在している。この間隙を埋めるように、端子台１６が設けられている。端子台１６は、上側に突部を有し、下側に平板部を有している。端子台１６の上側の突部は、その側面にパッキン１６ａを有している。パッキン１６ａは、端子台１６の上側突部の外周に固定されている。端子台１６の上側突部は、ＰＣＵ８の開口８Ｈに挿入されている。パッキン１６ａは、ＰＣＵの開口８Ｈの内側の面に対して一定の関係で当接している。すなわち、パッキン１６ａは、開口８Ｈを気密に封止している。

また、端子台１６の下側の平板部は、トランスアスクル６の開口６Ｈを覆うように配置されている。端子台１６の平板部の下面の端部には、パッキン１６ｂが設けられている。パッキン１６ｂは、トランスアスクル６の開口６Ｈの周縁全周に一定の関係で当接している。すなわち、パッキン１６ｂは、開口６Ｈを気密に封止している。

ここで、先に述べたように、端子台１６は、樹脂により構成されている。また、パッキン１６ａ、ｂも、ゴムで構成されている。すなわち、端子台１６は、非導電性である。端子台１６は、ＰＣＵ８の開口８Ｈと、トランスアスクル６の開口６Ｈを気密に封止している。

端子台１６の固定方法について図６を用いて説明する。図６に示すように、端子台１６は、端子台１６の下側の中央部でバスバ２６を固定している。バスバ２６は、端子台１６に固定された状態で端子台１６の内側を貫通している。端子台１６に固定されたバスバ２６は、トランスアスクル６の開口６Ｈに上方から挿通される。その際、バスバ２６は、トランスアスクル６の開口６Ｈを通過する。バスバ２６は開口６Ｈを通過した後、モータ端子２２ａと当接する。その後ボルト１８ｄによりバスバ２６とモータ端子２２ａは固定される。なお、ボルト１８ｄでバスバ２６とモータ端子２２ａを固定する際、トランスアスクル６のケースのＨ軸正側のカバーは取り付けられていない。このため、ボルト１８ｄは、トランスアスクル６のケースのＨ軸正側からバスバ２６とモータ端子２２ａを固定することができる。その後、先に述べたように端子台１６がトランスアスクル６に固定され、ＰＣＵ６が上側からトランスアスクル６に取り付けられる。その際、バスバ２６は、ＰＣＵ８の開口８Ｈを通過する。バスバ２６が開口８Ｈを通過した後、バスバ２６はインバータ２４とボルト１８ｄにより固定される。
なお、実施例の電動車両駆動ユニット１０は、バスバ２６と端子台１６を固定しているが、本明細書に開示する技術は、この固定方法に限定されない。先にバスバ２６をモータ端子２２ａと固定し、その後上方から端子台１６でバスバ２６を覆う固定方法を採用してもよい。

さらに端子台１６の外側にはサービスカバー２０が設けられている。サービスカバー２０は、先に述べたように、上側がＰＣＵ８に固定されており、下側がトランスアスクル６に固定されている。端子台１６のさらに外側には、周辺機器であるＥＣＵ１２が設けられている。ＥＣＵ１２の車両への搭載方法については、ここでは図示及び説明を省略する。

先に述べたように、インバータ２４からモータ端子２２ａにバスバ２６が三相交流を伝送する。この際、バスバ２６は、高周波の電磁ノイズを放射する。電磁ノイズは、端子台１６が設けられているＰＣＵ８とトランスアスクル６の間から周辺機器であるＥＣＵ１２へ伝搬する。本明細書に開示する電動車両駆動ユニットでは、端子台１６の外側にサービスカバー２０が設けられている。先に述べたように、サービスカバー２０は、ＰＣＵ８のケースと、トランスアスクル６のケースの双方に接続されている。ここで、トランスアスクル６は、ハイブリッド車２のボディに固定されているため、電気的にはボディの一部とみなせる。先に述べたように、サービスカバー２０は、導電性を有している。そのため、サービスカバー２０は、ＰＣＵ８のケースをボディに電気的に接続するものである。

バスバ２６が発するノイズに起因して、バスバ２６の外側に配置されているサービスカバー２０に誘導電流が流れ、その誘導電流が磁界を発生する。誘導電流が発生する磁界はバスバ２６を流れる変動電流に起因する磁界と逆方向であり、バスバ２６を通過する変動電流に起因する磁界を相殺する。バスバ２６が発生する磁界の大きさがインダクタンスの大きさを決める一因であるから、サービスカバー２０がバスバ２６の磁界（の一部）を相殺することによって、バスバ２６のインダクタンスが抑えられる。

このように、本明細書に開示する電動車両駆動ユニットでは、サービスカバー２０を利用してバスバ２６のインダクタンスを抑制する。バスバ２６が放射する高周波の電磁ノイズによるインダクタンスを抑制することで、バスバ２６が発する高周波電磁ノイズを低減することができる。その結果、バスバ２６から放射される電磁ノイズは、サービスカバー２０を超えて伝搬することが抑制され、電磁ノイズの影響を受けやすいＥＣＵ１２等の電子機器を電磁ノイズから保護することができる。

図７及び図８を用いて実施例の電動車両駆動ユニット１０周りのノイズの状態を示す。図７は、車両上方からみた電磁ノイズの分布図を示す。図７（１）の分布図はサービスカバー２０が配置されていない状態の分布図を示し、図７（２）はサービスカバー２０が配置された状態の分布図を示す。また、図７においてはハッチングが濃い範囲の電磁ノイズは強く、ハッチングが薄い範囲の電磁ノイズは弱い。図７（１）に示すように、バスバ２６が放射する電磁ノイズは、バスバ２６付近で強くなっている。バスバ２６が放射する電磁ノイズは、放射状に広がり、バスバ２６から離れるほど電磁ノイズは弱くなっている。

図７（２）に示すように、バスバ２６の車両外側にサービスカバー２０を配置することで、電磁ノイズの分布に変化が生じる。具体的には、サービスカバー２０により電磁ノイズの放射が遮られ、広がりが弱まる。すなわち、サービスカバー２０により、バスバ２６の周辺の電磁ノイズの強度が弱まっている。すなわち、サービスカバー２０をバスバ２６の車両外側に配置することで、サービスカバー２０を超えて伝搬することが抑制され、電磁ノイズの影響を受けやすいＥＣＵ１２等の電子機器を電磁ノイズから保護することができる。

図８は、車両上方からみた各部位における磁界の成分方向を示す。図８における矢印は、磁界の向きを示している。先に述べたように、バスバ２６は、インバータ２４からモータ２２に三相交流が伝送する。図８では、車両下側から上側に電流が流れる場合、すなわち、図８の紙面奥側から紙面手前側に電流が流れる場合のバスバ２６周辺の磁界の向きを示している。図８（１）は、サービスカバー２０が配置されていない状態の磁界の向きを示し、図８（２）は、サービスカバー２０が配置された状態の磁界の向きを示している。

図８（１）に示すように、サービスカバー２０が配置されていない場合、バスバ２６に流れる電流により反時計回りの磁界が発生している。サービスカバー２０が配置されると、サービスカバー２０には反時計回りの磁界により車両上側から下側に誘導電流が流れる。この誘導電流は、サービスカバー２０の周りに時計回りの磁界を発生させる。すなわち、サービスカバー２０が発生する磁界は、バスバ２６を流れる変動電流に起因する磁界と逆方向である。このように、サービスカバー２０を流れる誘導電流が発生する磁界は、バスバ２６を通過する変動電流に起因する磁界を相殺する。先に述べたように、バスバ２６が発生する磁界の大きさがインダクタンスの大きさを決める一因であるバスバ２６の磁界（の一部）を相殺することによって、バスバ２６のインダクタンスが抑えられる。

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：ハイブリッド車
４：フロントコンパートメント
６：トランスアスクル
８：ＰＣＵ
６Ｈ、８Ｈ：開口
１０：電動車両駆動ユニット
１２：ＥＣＵ
１４：エンジン
１６：端子台
１６ａ、ｂ：パッキン
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ：ボルト
２０：サービスカバー
２２：モータ
２２ａ：モータ端子
２４：インバータ
２６：バスバ

Claims (1)

1. 電力制御装置と車両駆動装置の間に中間部材が介在するとともに導電性遮蔽板が設けられている電動車両駆動ユニットであり、
   前記電力制御装置は、第一開口を有する導電性第一ケースに収容されており、
   前記車両駆動装置は、第二開口を有する導電性第二ケースに収容されており、
   前記中間部材は、前記第一開口と前記第二開口を気密に封止する非導電性シール部材と、そのシール部材の内側を貫通して前記第一開口と前記第二開口を通過する導電性部材を備えており、
   前記非導電性シール部材の外側に前記導電性遮蔽板が配置されており、その導電性遮蔽板が前記第一ケースと前記第二ケースの双方に接続されている電動車両駆動ユニット。