JP7509048B2 - 電動車両 - Google Patents

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Description

本発明は、電動車両に関する。
特許文献１には、インバータがモータケースと一体化された構造を有する電動車両において、デファレンシャルギヤによって掻き上げられた潤滑油をインバータに供給し、インバータを冷却する冷却構造が開示されている。
特開２００７－１５９３１４号公報
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、掻き上げられた潤滑油をインバータへ誘導するための通路を設ける必要があり、構造が大型化してしまう。また、モータが駆動していない場合には、デファレンシャルギヤが回転せず潤滑油を掻き上げることができないため、モータとインバータを潤滑油で冷却することができない虞がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、構造が大型化することなく、オイルを用いてモータとインバータを冷却することができる電動車両を提供することを目的とする。
本発明は、回転電機と、前記回転電機を収容するモータケースと、前記回転電機にオイルを供給し、前記回転電機を冷却する冷却機構と、前記回転電機を駆動するインバータと、前記インバータと前記回転電機とを電気的に接続する接続部材と、を備え、前記インバータが前記モータケースと一体化された構造を有する電動車両であって、前記冷却機構は、前記モータケースの内部で前記回転電機よりも上方の位置に設けられ、前記接続部材に前記オイルを吐出する供給孔を有し、前記接続部材は、前記モータケースの内部において、前記回転電機の回転中心よりも上方かつ前記供給孔よりも下方の位置で、前記回転電機の外径よりも径方向内側に設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、回転電機にオイルを供給する冷却機構を利用して、インバータと回転電機との接続部材にオイルを供給することができる。これにより、構造が大型化することなく、オイルを用いて回転電機とインバータを冷却することができる。
また、前記インバータは、前記モータケースの上面と同一平面である第１平面と、前記モータケースの前面または後面と同一平面である第２平面と、前記モータケースの外面とに囲まれた空間内に配置されてもよい。
この構成によれば、構造の小型化および低背化により、インバータがモータケースと一体化された機電一体構造について車両搭載の自由度が向上する。また、様々な形態のトランスアクスルに対して適用可能になる。さらに、インバータがモータケースの前面または後面よりも内側に配置されていることにより、電動車両の衝突時にインバータがモータケースに守られるため、インバータの高電圧安全を確保可能である。
また、前記接続部材の一部は、前記回転電機の軸方向において前記供給孔と同じ位置に設けられてもよい。
この構成によれば、供給孔から吐出されるオイルを接続部材に届かせることが容易になる。
また、バッテリからの電力を前記インバータに供給するケーブルをさらに備え、前記ケーブルは、前記インバータの上面側または前面側から延在してもよい。
この構成によれば、ケーブルの接続相手部品の位置に応じて、ユニットを変えることなくインバータからケーブルを出す方向を変えることが可能になる。
また、前記インバータと電気的に接続された補機部品をさらに備え、前記補機部品は、前記モータケースの上方に配置され、または前記モータケースの上面に一体化されてもよい。
この構成によれば、補機部品を含めた構造の小型化および低背化を図ることができる。
また、前記冷却機構は、前記モータケースの内部で前記回転電機の上方に配置され、前記回転電機に前記オイルを吐出して前記回転電機を冷却する冷却パイプを有し、前記供給孔は、前記冷却パイプに設けられてもよい。
この構成によれば、回転電機にオイルを供給する冷却パイプを利用して、インバータと回転電機との接続部材にオイルを供給することができる。
本発明では、回転電機にオイルを供給する冷却機構を利用して、インバータと回転電機との接続部材にオイルを供給することができる。これにより、構造が大型化することなく、オイルを用いて回転電機とインバータを冷却することができる。
図１は、実施形態の電動車両が備えるモータとインバータを模式的に示す図である。 図２は、モータケースの内部構造を説明するための模式図である。 図３は、バスバーに供給されるオイルを説明するための図である。 図４は、複軸構造の動力伝達装置を収容するトランスアクスルケースを模式的に示す図である。 図５は、ケーブルの接続位置を説明するための図である。 図６は、ケーブルの接続位置について別の例を示す図である。 図７は、モータケースに対する充電器の配置を説明するための図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における電動車両について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
図１は、実施形態の電動車両が備えるモータとインバータを模式的に示す図である。図２は、モータケースの内部構造を説明するための模式図である。電動車両１は、モータ１０と、インバータ２０とを備えている。この電動車両１はモータ１０を走行用の動力源とする車両である。
モータ１０は、モータケース１１に回転不能に固定されている円環状のステータ１２と、ステータ１２の内周側に配置されている円環状のロータ１３と、ロータ１３の内周に連結されているロータ軸１４とを備えている。モータケース１１は、モータ１０を収容するケース部材である。モータケース１１の内部にはステータ１２とロータ１３とロータ軸１４とが収容されている。ステータ１２は、図２に示すように、ステータコア１５とステータコイル１６とを含んで構成される。ステータコア１５には、ステータコイル１６が巻き掛けられている。ステータコイル１６は、ステータコア１５の軸方向両端側にコイルエンド部を形成している。ロータ１３は、ロータ軸１４と一体回転する回転子である。ロータ１３の内部には永久磁石１７が埋め込まれている。ロータ軸１４は、軸方向の両側に配置されている一対の軸受を介してモータケース１１に対して回転可能に支持されている。このように、モータ１０はロータ１３に永久磁石１７が埋め込まれた三相交流モータであって、モータ機能および発電機能を発揮する回転電機（モータ・ジェネレータ）である。
また、モータ１０は動力伝達装置を介して駆動輪と機械的に連結されており、電動車両１を駆動するためのトルクを発生する。電動車両１の制動時、モータ１０は電動車両１の運動エネルギの入力を受けて発電（回生）を行うことも可能である。例えば電動車両１がハイブリッド車両である場合、モータ１０はエンジンに機械的に連結され、エンジンの動力により回生を行うことも、エンジンの動力をアシストすることも可能である。
インバータ２０は、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置である。このインバータ２０はインバータケース２１の内部に収容されている。インバータケース２１は、インバータ２０を収容するケース部材であり、モータケース１１に取り付けられている。つまり、インバータ２０はモータケース１１に一体化されている。そして、インバータ２０は、図２に示すように、インバータケース２１の内部に収容された電子部品２２を備えている。電子部品２２は、インバータ内部部品であって、複数のスイッチング素子およびダイオードを含む。
例えばインバータ２０は、ｐ側スイッチング素子およびｎ側スイッチング素子を含むＵ相アームと、ｐ側スイッチング素子およびｎ側スイッチング素子を含むＶ相アームと、ｐ側スイッチング素子およびｎ側スイッチング素子を含むＷ相アームとを備えている。インバータ２０の各スイッチング素子は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などにより構成されている。また、インバータ２０の各相アームは、バッテリの正極に接続された正極線とバッテリの負極に接続された負極線との間に並列に接続されている。つまり、インバータ２０はバッテリと電気的に接続されている。インバータ２０のスイッチング素子には、エミッタ側からコレクタ側へと電流を流すダイオードが接続されている。そして、各相アームのｐ側スイッチング素子とｎ側スイッチング素子との中間点は、それぞれモータ１０の各相コイル（Ｕ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイル）に接続されている。
また、バッテリはモータ１０に供給するための電力を蓄える蓄電装置であって、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池である。このバッテリはインバータ２０を介してモータ１０と電気的に接続されている。バッテリに蓄えられた電力はインバータ２０を介してモータ１０に供給される。
また、インバータ２０は、バスバー３０を介してモータ１０と電気的に接続されている。バスバー３０は、モータ１０とインバータ２０とを電気的に接続する接続部材であって、三相バスバーである。このバスバー３０は、モータ１０の各相コイルに接続されるとともにインバータ２０の各相電力線に接続される。例えばバスバー３０は、図１に示すように、モータ１０のＵ相コイルおよびインバータ２０のＵ相電力線に接続されるＵ相バスバー３１と、モータ１０のＶ相コイルおよびインバータ２０のＶ相電力線に接続されるＶ相バスバー３２と、モータ１０のＷ相コイルおよびインバータ２０のＷ相電力線に接続されるＷ相バスバー３３とを有する。
また、バスバー３０は、図２に示すように、各相においてインバータ２０側のバスバー３０Ａとモータ１０側のバスバー３０Ｂとを有する。インバータ２０側のバスバー３０Ａは、電子部品２２から突出しており、その先端側（一方端側）が端子台４０に設置されている。端子台４０は、配線接続用の部品である。
図２に示すように、端子台４０はインバータケース２１の内部からモータケース１１の内部へと突出するようにモータケース１１を貫通して設けられている。そのため、インバータ２０側のバスバー３０Ａの一方端側は、端子台４０に設置された状態でモータケース１１の内部に配置されている。そして、モータケース１１の内部において、インバータ２０側のバスバー３０Ａはモータ１０側のバスバー３０Ｂと接続されている。例えば、ボルト締結によりバスバー３０Ａとバスバー３０Ｂとが接続される。一方、インバータ２０側のバスバー３０Ａの他方端は、インバータケース２１の内部で電子部品２２（例えばインバータ２０の各相電力線）と接続されている。
また、モータ１０側のバスバー３０Ｂは、モータケース１１の内部において、ステータコイル１６のコイルエンド部から突出している。そして、このバスバー３０Ｂの一方端側が端子台４０においてインバータ２０側のバスバー３０Ａと接続されている。この一対のバスバー３０Ａ，３０Ｂは軸方向に対向するように配置されて接触している。なお、軸方向は、ロータ軸１４の軸方向であり、モータ１０の軸方向を表す。また、ロータ１３およびロータ軸１４の回転中心Ｏをモータ１０の回転中心Ｏと記載する場合がある。
さらに、モータケース１１の外側では、インバータケース２１がモータケース１１に取り付けられている。例えばインバータケース２１は、図２に示すように、ボルト締結によってモータケース１１と一体化されている。また、インバータ２０は、図３に示すように、モータケース１１の上面１１ａと同一平面である第１平面１０１と、モータケース１１の前面１１ｂと同一平面である第２平面１０２と、モータケース１１の外面１１ｃとに囲まれた空間１０３内に配置されている。つまり、インバータ２０はモータケース１１の上面１１ａよりも低い位置に配置される。そして、モータケース１１の前面１１ｂよりも内側（後方側）にインバータ２０が収められている。
また、モータケース１１の内部には、モータ１０にオイルを供給してモータ１０を冷却する冷却パイプ５０が設けられている。冷却パイプ５０は、鉛直方向においてモータ１０の上方に配置され、パイプ内部をオイルが流通する。
電動車両１は、モータ１０にオイルを供給し、モータ１０を冷却する冷却機構を備えている。冷却機構は、オイルポンプと、モータケース１１に形成されたケース油路と、冷却パイプ５０と、オイル貯留部とを備える。オイル貯留部はモータケース１１の下部に形成されたオイルパンなどにより構成される。オイルポンプは、オイル貯留部に貯留されたオイルを吸入して、ケース油路にオイルを吐出する。ケース油路は冷却パイプ５０と接続されている。ケース油路および冷却パイプ５０の内部をオイルが圧送される。そして、ステータ１２の上方に配置された冷却パイプ５０は、軸方向に沿って延在しており、モータケース１１の内部でオイルを軸方向に流通させる。
この冷却パイプ５０には、モータ１０にオイルを吐出する吐出孔が設けられている。吐出孔は、モータ１０の上方に配置され、モータ１０に向けて開口している。そのため、モータケース１１の内部では、冷却パイプ５０の吐出孔からモータ１０に向けて鉛直方向下方にオイルが吐出される。これにより、冷却パイプ５０の下方に位置するモータ１０にオイルが供給される。そして、このオイルはモータ１０に供給された後にオイル貯留部に貯留される。つまり、冷却機構によって、再び冷却パイプ５０へと戻るようにオイルが循環させられる。このように冷却機構はオイルを循環させる循環機構である。
また、電動車両１では、モータ１０を冷却するオイルを利用してバスバー３０を冷却するように構成されている。つまり、モータ１０を冷却するための冷却機構を、バスバー３０やインバータ２０を冷却するための冷却機構として用いるように構成されている。そこで、冷却パイプ５０は、バスバー３０にオイルを吐出する供給孔５１を有する。なお、図３に示す破線の矢印は、冷却パイプ５０の供給孔５１から吐出されたオイルが供給される方向を例示したものである。
供給孔５１は、モータケース１１の内部でモータ１０よりも上方の位置に設けられ、バスバー３０に向けて開口している。バスバー３０は、供給孔５１よりも鉛直方向下方に配置されている。図１に示すように、バスバー３０のうちモータケース１１の内部に配置された部分は、鉛直方向においてモータ１０の回転中心Ｏよりも上方、かつ供給孔５１よりも下方の位置で、モータ１０の外径よりも径方向内側に配置されている。モータ１０の外径は、ステータ１２の外径を表す。これにより、図３に示すように、冷却パイプ５０の供給孔５１から吐出されたオイルをバスバー３０に供給することができる。また、バスバー３０に向けて吐出されたオイルは、インバータ２０が配置された位置におけるモータケース１１の内面に供給されることになる。そのため、インバータ２０に近い位置のモータケース１１をオイルによって冷却することができる。
また、バスバー３０のうちモータケース１１の内部に配置された部分は、図２に示すように、ステータコイル１６のコイルエンド部よりも軸方向外側に配置されている。そのため、バスバー３０の軸方向位置に対応する位置に供給孔５１が配置されている。つまり、バスバー３０の一部は、軸方向において供給孔５１と同じ位置に設けられている。すなわち、軸方向においてバスバー３０の一部と供給孔５１とは同じ位置に配置されている。これにより、供給孔５１から吐出されたオイルをバスバー３０に供給することが容易になる。このように冷却パイプ５０には、モータ１０に向けてオイルを吐出するための吐出孔（モータ冷却用の孔）と、バスバー３０に向けてオイルを吐出するための供給孔５１（バスバー冷却用の孔）とが設けられている。そして、モータ冷却用の吐出孔とバスバー冷却用の供給孔５１とが軸方向で異なる位置に設けられている。
以上説明した通り、実施形態によれば、冷却パイプ５０から吐出されるオイルをバスバー３０に供給することができる。バスバー３０をオイルで冷却することにより、モータ１０で生じた熱がバスバー３０を介してインバータ２０へ伝達することを抑制できる。つまり、モータ１０にオイルを供給する冷却パイプ５０を利用して、バスバー３０とモータケース１１とインバータ２０とを冷却することができる。そのため、バスバー３０とモータケース１１とインバータ２０とを冷却するための追加部品が不要である。これにより、構造が大型化することなく、オイルを用いてモータ１０とインバータ２０を冷却することができる。
また、モータケース１１に一体化されたインバータ２０は、モータ１０の斜め上に配置され、モータケース１１の上面１１ａよりも下方の位置に配置されている。そのため、インバータ２０を低い位置に配置可能になり、ユニット（機電一体構造）の高さを低くすることが可能になる。
さらに、インバータ２０の搭載位置は、モータケース１１の上面１１ａと前面１１ｂからはみ出さない位置となっている。これにより、インバータ２０とモータケース１１とが一体化された機電一体構造の低背化および小型化が可能になり、ユニット搭載の自由度が向上する。また、モータケース１１の前面１１ｂよりも内側にインバータ２０が配置されていることにより、電動車両１の衝突時には、インバータ２０がモータケース１１に守られるため、インバータ２０の高電圧安全を確保することが可能になる。
なお、電動車両１はハイブリッド車両に限らず、電気自動車であってもよい。
また、電動車両１では、モータ１０と駆動輪との間に設けられた動力伝達装置の構成は特に限定されない。つまり、動力伝達装置は、単軸構造の変速機（一軸減速機）を含んでもよく、あるいは複軸構造の変速機（複軸減速機）を含んでもよい。上述した実施形態では、モータ１０と同一軸線上にドライブシャフトが配置された動力伝達装置について説明した。そのため、変形例として、複軸減速機を含む動力伝達装置を搭載した電動車両１であってもよい。この変形例を図４に例示する。
図４に示すように、変形例の電動車両１では、モータ１０とは異なる軸線上にドライブシャフト７０が配置されている。この場合、モータケース１１は、動力伝達装置を収容するトランスアクスルケース６０と一体化されている。そして、モータケース１１の内部とトランスアクスルケース６０の内部とが連通されている。トランスアクスルケース６０内に設けられた動力伝達装置を潤滑するためのオイルと、モータケース１１内に設けられたモータ１０およびバスバー３０を冷却するためのオイルとが共通である。
また、この変形例では、トランスアクスルケース６０の上面６０ａと前面６０ｂからはみ出さない位置にインバータ２０が配置されている。インバータ２０は、図４に示すように、トランスアクスルケース６０の上面６０ａと同一平面である第１平面１０１と、トランスアクスルケース６０の前面６０ｂと同一平面である第２平面１０２と、トランスアクスルケース６０の外面６０ｃとに囲まれた空間１０３内に配置されている。例えば、モータケース１１の上面１１ａとトランスアクスルケース６０の上面６０ａとは同じ高さに形成されている。そのため、インバータ２０はモータケース１１の上面１１ａおよびトランスアクスルケース６０の上面６０ａよりも低い位置に配置される。一方、トランスアクスルケース６０の前面６０ｂはモータケース１１の前面１１ｂよりも前方に位置する。そのため、トランスアクスルケース６０の前面６０ｂよりも内側（後方側）にインバータ２０が収められている。
また、インバータ２０は、モータケース１１の前面１１ｂ側に限らず、モータケース１１の後面側に配置されてもよい。例えば、インバータ２０は、モータケース１１の上面１１ａと同一平面である第１平面１０１と、モータケース１１の後面１１ｄと同一平面である第２平面１０４（図７に示す）と、モータケース１１の外面１１ｃとに囲まれた空間１０３内に配置されてもよい。この場合、モータケース１１の後面１１ｄよりも内側（前方側）にインバータ２０が収められている。
さらに、モータ１０が一軸減速機と連結された構造の場合、図１に示すように、モータケース１１の上面１１ａおよび前後面からはみ出ない位置にインバータ２０を搭載することが可能になる。そして、モータ１０が複軸減速機と連結された構造の場合、図４に示すように、トランスアクスルケース６０の上面６０ａおよび前後面からはみ出ない位置にインバータ２０を搭載することが可能になる。このように、ロータ軸１４とドライブシャフト７０とが平行に配置された複軸構造であっても、衝突時にインバータ２０がトランスアクスルケース６０とモータケース１１により守られるため、インバータ２０の高電圧安全が確保可能である。
また、インバータ２０にバッテリからの高電圧の電力を供給するケーブル８０は、インバータケース２１の上面２１ａ側と前面２１ｂ側のどちらに接続されてもよい。図５に示すように、ケーブル８０はインバータケース２１の上面２１ａから延在し、ケーブル８０をインバータケース２１およびモータケース１１の上方に配置することが可能である。あるいは、図６に示すように、ケーブル８０はインバータケース２１の前面２１ｂから延在して、ケーブル８０をインバータケース２１およびモータケース１１の前方に配置してもよい。これにより、ケーブル８０の接続相手部品（例えば、バッテリや充電器など）の位置に応じてユニットを変えることなく、ケーブル８０を出す方向を変えることが可能になる。
また、別の変形例として、充電器等の補機部品９０をモータケース１１の上方に配置してもよい。例えば、図７に示すように、モータケース１１の上方の空間に補機部品９０を配置してもよい。なお、モータケース１１の上面１１ａおよびインバータケース２１の上面２１ａに補機部品９０を一体化させてもよい。また、補機部品９０はインバータ２０と電気的に接続されている。この場合、補機部品９０とインバータ２０とはケーブル８０を介して接続されてもよく、あるいはバスバー（バスバー３０とは異なる）を介して接続されてもよい。
また、冷却機構が備えるオイルポンプは電動ポンプにより構成されている。そのため、モータ１０が駆動していない状態であっても、電動ポンプを駆動可能であるため、バスバー３０およびモータ１０にオイルを供給することが可能である。
１ 電動車両
１０ モータ（回転電機）
１１ モータケース
２０ インバータ
２１ インバータケース
３０ バスバー（接続部材）
５０ 冷却パイプ
５１ 供給孔

Claims (5)

  1. 回転電機と、
    前記回転電機を収容するモータケースと、
    前記回転電機にオイルを供給し、前記回転電機を冷却する冷却機構と、
    前記回転電機を駆動するインバータと、
    前記インバータと前記回転電機とを電気的に接続する接続部材と、
    を備え、前記インバータが前記モータケースと一体化された構造を有する電動車両であって、
    前記冷却機構は、前記モータケースの内部で前記回転電機のステータの上方に配置され、前記回転電機の軸方向に沿って延在しており、前記オイルを前記軸方向に流通させる冷却パイプを有し、
    前記冷却パイプは、
    前記モータケースの内部で前記回転電機の上方に配置され、前記回転電機に向けて開口しており、前記回転電機に前記オイルを吐出する吐出孔と、
    前記モータケースの内部で前記回転電機よりも上方の位置に設けられ、前記接続部材に向けて開口しており、前記接続部材に前記オイルを吐出する供給孔と、を有し、
    前記吐出孔と前記供給孔とは、前記軸方向において異なる位置に設けられ、
    前記インバータは、前記回転電機の斜め上に配置され、かつ前記モータケースの上面よりも下方の位置に配置され、
    前記接続部材は、前記モータケースの内部において、前記回転電機の回転中心よりも上方かつ前記供給孔よりも下方の位置で、前記回転電機の外径よりも径方向内側かつ前記回転電機のステータコイルのコイルエンド部よりも軸方向外側に設けられ、
    前記モータケースの内部では、前記吐出孔から前記回転電機に向けて鉛直方向下方に前記オイルが吐出され、前記供給孔から吐出された前記オイルが前記接続部材に供給される
    ことを特徴とする電動車両。
  2. 前記インバータは、前記モータケースの上面と同一平面である第１平面と、前記モータケースの前面または後面と同一平面である第２平面と、前記モータケースの外面とに囲まれた空間内に配置され、
    前記モータケースの内部では、前記供給孔から前記接続部材に向けて吐出された前記オイルは、前記インバータが配置された位置における前記モータケースの内面に供給される
    ことを特徴とする請求項１に記載の電動車両。
  3. 前記接続部材の一部は、前記軸方向において前記供給孔と同じ位置に設けられている
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両。
  4. バッテリからの電力を前記インバータに供給するケーブルをさらに備え、
    前記ケーブルは、前記インバータの上面側または前面側から延在している
    ことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の電動車両。
  5. 前記インバータと電気的に接続された補機部品をさらに備え、
    前記補機部品は、前記モータケースの上方に配置され、または前記モータケースの上面に一体化されている
    ことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の電動車両。
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