(57)【要約】【課題】本明細書は、電気自動車において、剛性の高いパワーケーブルを少ないスペースで配索するのに好適な技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する電気自動車は、走行用のモータと、モータの筐体の上面に固定されているインバータと、モータとインバータを電気的に接続するパワーケーブルを備える。そのパワーケーブルの一端がインバータの直下にてモータの筐体に接続している。パワーケーブルは、インバータの底面から側面に沿って湾曲して延びている。そしてパワーケーブルの他端は、側面でインバータに接続している。この配索構造は、モータの筐体とインバータの間からパワーケーブルを引き出すので、配索スペースが小さくて済む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用のモータと、
モータの筐体の上面に固定されているインバータと、
モータとインバータを電気的に接続するケーブルと、
を備えており、
前記ケーブルの一端がインバータの直下にてモータの筐体に接続しており、
前記ケーブルはインバータの底面から側面に沿って湾曲して延びており、
前記ケーブルの他端がインバータの前記側面でインバータに接続している、
ことを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
インバータの前記側面からピンが突出しており、ケーブルのコネクタに前記ピンと嵌合する孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
【請求項３】
前記ピンにローレットが形成されている、あるいは、前記ピンに樹脂またはゴムが付されている、ことを特徴とする請求項２に記載の電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車に関する。特に、電気自動車におけるモータとインバータを接続するパワーケーブルの配索に関する。本明細書における「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車や燃料電池車を含む。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、バッテリの直流電力をモータ駆動に適した周波数の交流電力に変換するインバータを備える。走行用のモータは大電流を消費するため、インバータとモータを接続するケーブルは太く、通常のケーブルよりも剛性が高い。なお、本明細書では、インバータからモータへ電力を供給するケーブルをパワーケーブルと称する。パワーケーブルは剛性が高いため、スペースが狭いエンジンルーム内で複雑な配索をすることは好ましくない。
【０００３】
例えば特許文献１に、パワーケーブルの配線スペースを小さくする技術が提案されている。特許文献１に記載のパワーケーブルは、所定方向に曲がり難く、その所定方向とは異なる方向に曲がり易い特性を有する電線と、その電線の末端に連結されるコネクタを有する。そのコネクタは、電線の末端に連結される結線部と、平坦表面を有してインバータに接続される接続部とを有する。そして、コネクタがインバータに接続されたときに接続部の平坦表面を含む平面が電線の曲がり易い方向に沿い且つ所定方向と交差するように形成されている。特許文献１によると、上記の構成により、電線の曲がり易い方向を所定の配線方向の曲げ方向と一致させることができ、その結果、配線スペースを小さくすることができる、と述べられている。
【０００４】
また、大電流を流すパワーケーブルは、短いほど損失が小さくなるので好ましい。例えば、特許文献２には、モータを収容する筐体の上部にインバータを固定し、インバータの側面と、その側面と概ね同一平面をなす筐体側面との間にパワーケーブルを直線的に配索する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３８５０８号公報
【特許文献２】特開２０１２−０４８８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本明細書は、電気自動車において、剛性の高いパワーケーブルを少ないスペースで配索する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する電気自動車は、走行用のモータと、モータの筐体の上面に固定されているインバータと、モータとインバータを電気的に接続するケーブル（パワーケーブル）を備える。そして、そのパワーケーブルの一端がインバータの直下にてモータの筐体に接続している。パワーケーブルは、インバータの底面から側面に沿って湾曲して延びている。そしてパワーケーブルの他端は、側面でインバータに接続している。そのような構造によれば、モータの筐体とインバータの間からパワーケーブルを引き出すので、配索スペースが小さくて済む。
【０００８】
本明細書が開示する技術の一つの改良は、パワーケーブルの組み付け性を向上させる。前述したように、パワーケーブルは剛性が高い。そして上記の配索構造を有する電気自動車では、インバータの底面から側面にかけて概ね直角にパワーケーブルを湾曲させるので、パワーケーブルの先端のコネクタをインバータ側面に取り付ける際、ケーブルの剛性によってコネクタがインバータ側面から離れる方向の力が生じる。そこで、インバータの側面からピンを突出させ、ケーブルのコネクタにそのピンと嵌合する孔を設けるとよい。ピンと孔が嵌合することでコネクタがインバータ側面に仮止めされる。さらに好ましくは、ピンが孔から抜け難いように、ピンにローレットを形成する、あるいは、ピンに樹脂またはゴムを付すとよい。いずれの場合も、ピンと孔との摩擦係数が大きくなってピンが抜け難くなる。すなわち、仮止めしたコネクタが外れ難くなる。
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電気自動車の駆動系の模式的ブロック図を示す。
【図２】ドライブトレインとインバータの模式的斜視図を示す。
【図３】ドライブトレインとインバータの模式的側面図を示す。
【図４】インバータのハードウエア構造を示す分解斜視図である。
【図５】パワーケーブルのコネクタとインバータとの接続構造を説明するための斜視図である。
【図６】変形例のドライブトレインとインバータを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して実施例の電気自動車を説明する。本実施例の電気自動車は、２個のモータと１個のエンジンを備えるハイブリッド車１である。まず、ハイブリッド車１の駆動系を概説する。図１に、ハイブリッド車１の駆動系の模式的ブロック図を示す。ハイブリッド車１は、駆動系の主たる構成部品として、バッテリ４１、インバータ１０（パワーコントロールユニット）、ドライブトレイン３０、及び、エンジン４５を備える。バッテリ４１の出力電力はインバータ１０に供給される。本実施例のインバータ１０は、直流電力を交流電力に変換する２個のインバータ回路４３、４４のほか、バッテリ４１の電圧を昇圧するコンバータ回路４２を備える。バッテリ４１の出力電圧はコンバータ回路４２で昇圧されてインバータ回路４３、４４に入力される。インバータ回路４３、４４は、車速とアクセル開度に応じた周波数と振幅を有する交流を生成し、それぞれ、モータ３２、３３へ供給する。コンバータ回路４２の低電圧側の両端の間にコンデンサ２１が接続しており、高電圧側の両端の間にコンデンサ２３が接続している。コンデンサ２１、２３は、電流を平滑化するために接続されている。
【００１２】
コンバータ回路４２は、２個のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）の直列接続の中間点にリアクトルの一方が接続され、リアクトルの他方は低電圧側の正極に接続している回路構成を有する。インバータ回路４３、４４は、それぞれ、２個のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）の直列接続の組が３セット並列に接続された回路構成を有する。コンバータ回路４２とインバータ回路４３、４４のそれぞれのスイッチング素子には、ダイオードが逆並列に接続している。コンバータ回路とインバータ回路は良く知られているので、詳しい説明は省略する。
【００１３】
ドライブトレイン３０は、２個のモータ３２、３３と、動力分配機構４６を内蔵している。動力分配機構４６は、プラネタリギアで構成され、サンギアが第１モータ３２の出力軸に連結しており、プラネタリキャリアがエンジン４５の出力軸に連結しており、リングギアが第２モータ３３の出力軸に連結している。リングギアは、また、車軸４７にも連結している。動力分配機構４６は、エンジンとモータの出力を合成して車軸に出力したり、あるいは、エンジンの出力をモータと車軸に分配したりする。
【００１４】
インバータ１０とドライブトレイン３０は、パワーケーブル６で電気的に接続される。より詳しくは、パワーケーブル６は、インバータ１０が出力する交流電力をモータ３２、３３へ伝達するケーブルである。パワーケーブル６の一端にはインバータ側コネクタ５が取り付けられており、他端にはモータ側コネクタ３１が取り付けられている。インバータ側コネクタ５がインバータ１０の筐体に接続し、モータ側コネクタ３１は、ドライブトレイン３０の筐体に接続する。本実施例のハイブリッド車１は３相の誘導モータを２個備えるので、パワーケーブル６は、６本のケーブルを一つに束ねたものである。モータ３３、３４の出力は数十キロワットであるため、パワーケーブル６は太く、剛性が高い。
【００１５】
次に、インバータ１０とドライブトレイン３０の搭載状態と、パワーケーブル６の配索について説明する。図２は、ハイブリッド車１に搭載されるドライブトレイン３０とインバータ１０の模式的斜視図である。図３は、ドライブトレイン３０とインバータ１０の模式的側面図である。図中の座標系は、Ｘ軸が車両前方に相当し、Ｚ軸が車両上方に相当し、Ｙ軸は車両横方向に相当する。ドライブトレイン３０とインバータ１０は、ハイブリッド車１のエンジンルーム（フロントコンパートメント）に搭載される。インバータ１０は、ドライブトレイン３０の上面に固定される。インバータ１０は、脚１１を有しており、その脚１１によって、パワーケーブル６が通る隙間を有してドライブトレイン３０に固定される。
【００１６】
図３に示すように、ドライブトレイン３０の上面であってインバータ１０の直下から、モータ３２に繋がるパワーケーブル６が延びている。パワーケーブル６は、インバータ１０の直下にて、モータ側コネクタ３１によってドライブトレイン３０に接続している。パワーケーブル６は、インバータ１０の底面１０ｂに沿って配索され、側面１０ａに沿ってほぼ直角に上方に湾曲し、側面１０ａにてインバータ１０と接続される。パワーケーブル６は、インバータ側コネクタ５を介して、インバータ１０と接続される。図２、図３によく示されているように、パワーケーブル６は、インバータ１０の直下にてドライブトレイン３０から延びており、インバータ１０の底面１０ｂから側面１０ａに沿って湾曲し、側面１０ａでコネクタ５を介してインバータ１０に接続している。
【００１７】
ハイブリッド車１では、パワーケーブル６を、インバータ１０の直下でドライブトレイン３０から引き出し、インバータ１０の側面へと湾曲させる。そのような配索構造を採用することで、パワーケーブル６を複雑に湾曲させることなく、かつ省スペースでの配索を実現している。
【００１８】
次に、インバータ１０の内部のハードウエア構成を説明する。図４に、インバータ１０の模式的分解図を示す。インバータ１０は、バッテリ４１（図１参照）の直流電力を昇圧後、モータ駆動に適した交流に変換するデバイスである。インバータ１０は、主な部品として、大容量のコンデンサ２１、２３、半導体積層ユニット２、リアクトル２２、端子台３、制御回路を搭載した制御基板２４を有する。それらの部品は全て、筐体２０に収められる。
【００１９】
半導体積層ユニット２は、スイッチング素子（ＩＧＢＴ）とダイオードを樹脂でモールドした平板型の複数の半導体モジュール１２と冷媒を通す平板型の複数の冷却プレート１５を交互に積層した構造を有する。半導体モジュール１２にモールドされたスイッチング素子のいくつかは前述したインバータ回路４３、４４を構成し、他のいくつかはコンバータ回路４２に使われる。インバータ回路４３、４４とコンバータ回路４２に使われるスイッチング素子には大電流が流れるので発熱量が大きい。スイッチング素子を樹脂で平板状にモールドし、冷却プレートでサンドイッチすることによって効果的に冷却することができる。なお、図では、インバータ１０の筐体２０について、半導体積層ユニット２に冷媒を供給／排出する管を通す貫通孔の図示を省略している。
【００２０】
半導体モジュール１２の下面からは、内蔵したスイッチング素子やダイオードに繋がる３本の金属平板の端子（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）が延びている。そのうちの一つの端子１３ａには、バスバ９が接続している。図４では、他の端子１３ｂ、１３ｃと接続されるバスバは図示を省略している。また、半導体モジュール１２の上面からはスイッチング素子のゲートに加える信号（ＰＷＭ信号）を入力するための信号線（制御信号線１４）が延びている。
【００２１】
リアクトル２２は、半導体積層ユニット２内の幾つかのスイッチング素子とともにコンバータ回路４２（図１参照）を構成する。なお、図面では２個のインバータ回路４３、４４に相当するだけの６個の半導体モジュール１２のみが示されており、コンバータ回路４２の回路用の半導体モジュール１２は図示を省略してある。
【００２２】
図１を参照して説明したように、コンデンサ２１はコンバータ回路４２の低電圧側（バッテリと接続する側）に並列に接続され、コンデンサ２３はコンバータ回路４２の高電圧側（インバータ回路と接続する側）に並列に接続される。
【００２３】
図４に示されているように、半導体積層ユニット２やリアクトル２２の上方に、スイッチング素子を制御する回路を搭載した制御基板２４が載置される。なお、制御基板２４の上には、物理的には、図４に示すように、回路を構成するチップなどの電子部品が搭載される。半導体モジュール１２の上面から延びている制御信号線１４と、端子台３の上面に配置されたセンサ回路基板１８から延びている電流センサ信号線１９は制御基板２４と接続される。制御基板２４は、電流センサ（不図示）のセンサデータに基づき、インバータ回路４３、４４が所定の出力となるようにＰＷＭ信号を生成して半導体モジュール１２へ出力する。
【００２４】
インバータ回路を構成する半導体積層ユニット２とバスバ９と端子台３の関係について詳しく説明する。インバータ１０は、走行用の２個のモータ３２、３３（図１参照）へ電力を供給する。それゆえ、インバータ１０は、２個のインバータ回路４３、４４を備える。一つのインバータ回路はＵＶＷ３相を出力する。バスバ９は、インバータ回路の出力を通す導電体であり、その一端は、２個のスイッチング素子の直列接続の中間の端子（端子１３ａ）に接続している。
【００２５】
モータとして３相交流モータが用いられるため、一つのインバータ回路の出力もＵＶＷ３相である。インバータ１０は２個のモータを駆動するため、ＵＶＷ３相の出力が２セットで合計６本のバスバが半導体積層ユニット２から延びている。バスバ９の他端（半導体積層ユニット２に接続している端とは反対側の端部）は端子台３に埋め込まれている。端子台３は、インバータ内部のバスバ９とモータ３２、３３から延びているパワーケーブル６の端子（図５を用いて後に説明する）を接続するためのデバイスである。バスバ９の他端９ａは、端子台３の一側面３ａに面して露出している。
【００２６】
端子台３の本体４は樹脂製であり、内部に電流センサのコア（不図示）がインサート成形により埋設されている。バスバ９もインサート成形によりコアと一緒に埋設される。端子台３の本体４の両側にはフランジ３ｂが設けられている。フランジ３ｂには貫通孔が設けられており、その貫通孔にボルトを通して端子台３はインバータ１０の筐体２０に固定される。図５に、インバータ１０の筐体２０に設置された端子台３と、パワーケーブル６の一端のインバータ側コネクタ５を示す。なお、図５に示すコネクタ５は、インバータの側面１０ａに対向させる前の状態を示している。パワーケーブル６を図中のＺ軸方向に略直角に湾曲させると（図５の矢印Ａを参照）、コネクタ５が側面１０ａと対向し、コネクタ５がインバータ１０に接続できるようになる。
【００２７】
図５に示すように、バスバ９の端面９ａは筐体２０の開口２０ａに面しており、開口２０ａを通じて、端面９ａにモータ３２、３３（図１、図３参照）から延びるパワーケーブル６の端子５２がボルト５４にて接続される。
【００２８】
インバータ１０の側面１０ａで開口２０ａの付近に２本の係合ピン５１が設けられている。係合ピン５１は、側面１０ａからほぼ垂直に延びている。コネクタ５において、インバータ１０の側面１０ａと対向する面（接合面５５）には、係合ピン５１に対応して係合孔５３が設けられている。パワーケーブル６を略直角に屈曲させ、コネクタ５を側面１０ａに対向させると、係合孔５３が係合ピン５１と対向する。その状態でコネクタ５を側面１０ａに近づけると、係合ピン５１が係合孔５３に嵌合する。係合ピン５１の周面にはローレット（細かい凹凸）が設けられており、係合ピン５１と係合孔５３との間には高い摩擦力が生じる。それゆえ、一旦、係合ピン５１と係合孔５３が嵌合すると、パワーケーブル６が剛性により直線状に戻ろうとする力に対抗して、コネクタ５は側面１０ａに保持される。なお、コネクタ５の接合面５５にはシール材が付されている。即ち、インバータ１０とコネクタ５の間は、面シールによって隙間が埋められる。シール材は、例えばＦＩＰＧ（Formed In Place Gasket）であり、最初は液状であるが、接合面５５に塗布した後に固化し、インバータ１０の側面１０ａとコネクタ５の間を封止する。
【００２９】
コネクタ５を仮止めした状態で、ボルト５４によって端子５２をバスバ端面９ａに結合する。６個の端子５２を全て締結した後、コネクタカバー５６を付け、ボルト５７でコネクタ５をインバータ１０に固定する。なお、ボルト５７は、インバータの側面１０ａに設けられたネジ孔５９に固定される。
【００３０】
上記の構造によると、インバータの側面１０ａとコネクタ５は、係合ピン５１と係合孔５３で仮止めされるので、バスバ端面９ａと端子５２を結合する作業、及び、コネクタ５をインバータ１０に固定するためのボルト５７の締め付け作業が容易になる。特に、コネクタ５はインバータの側面１０ａにのみ接触しており、係合ピン５１がなければコネクタ５をインバータ１０に仮止めすることができない。
【００３１】
実施例に関する留意点を述べる。ドライブトレイン３０が「モータの筐体」の一例に相当する。実施例では、係合ピン５１にローレットが設けられていたが、ローレットに代えて、係合ピン５１には樹脂あるいはゴムを付着させてもよい。そのような材料を付着させることでも係合ピン５１と係合孔５３の間の摩擦係数を大きくすることができ、コネクタ５を外れ難くすることができる。
【００３２】
また、インバータ１０の側面１０ａとコネクタ５の間は、面シールで封止される。すなわち、コネクタ５は、インバータ１０の側面１０ａでインバータ１０に接続する。仮にコネクタがインバータに軸シール構造（インバータとコネクタが筒状の嵌合部を有し、その筒状の接触面の間にシール材が配置されること）で接続する場合であれば、筒状の嵌合部の摩擦力により、コネクタを仮止めしたときにケーブルの剛性に耐えてコネクタがインバータとの嵌合を維持できる可能性がある。実施例の場合はインバータ１０とコネクタ５が面シール構造を有し、筒状の嵌合部を有さないため、上記した係合ピン５１がコネクタ５をインバータ１０に仮止めするのに有効である。
【００３３】
パワーケーブル配索に関する変形例を説明する。先の実施例では、インバータ１０は、隙間を有してドライブトレイン３０の上面に固定されていた。パワーケーブル６が通るスペースが確保されていれば、インバータ１０の底面全体の下方にドライブトレイン３０との間の隙間が確保されている必要はない。
【００３４】
実施例の車両はエンジンと２個のモータを有するハイブリッド車１であった。本明細書が開示する技術は、モータのみで走行するいわゆるピュアＥＶに適用することも好適である。
【００３５】
図６に、変形例のドライブトレイン１３０とインバータ１０の斜視図を示す。ただし、図６は、インバータ１０を固定する前を示している。ドライブトレイン１３０の上面１３１には、インバータ１０の下方に対応する領域に窪み１３２が設けられている。その窪み１３２内で、パワーケーブル６がモータ側コネクタ３１を介してドライブトレイン１３０に接続している。窪み１３２の深さは、モータ側コネクタ３１の高さよりも深い。それゆえ、モータ側コネクタ３１もパワーケーブル６も、上面１３１よりも低い位置に留まる。インバータ１０は、窪み１３２を除いて、ドライブトレイン１３０の上面１３１に接して固定される。図６の変形例の場合も、パワーケーブル６は、その一端がインバータ１０の直下にてドライブトレイン１３０の筐体に接続しており、パワーケーブル６はインバータ１０の底面から側面に沿って湾曲して延びており、その他端がインバータ１０側面でインバータ１０に接続している。即ち、ドライブトレインの上面に固定されるインバータの下方に、パワーケーブルが通る空間（窪み１３２）が確保されていればよい。
【００３６】
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。
【符号の説明】
【００３７】
１：ハイブリッド車（電気自動車）
２：半導体積層ユニット
３：端子台
４：端子台本体
５：インバータ側コネクタ
６：パワーケーブル
９：バスバ
１０：インバータ
１０ａ：側面
１０ｂ：底面
１１：脚
１２：半導体モジュール
１５：冷却プレート
２０：インバータ筐体
２１、２３：コンデンサ
２２：リアクトル
３０、１３０：ドライブトレイン
３１：モータ側コネクタ
３２、３３：モータ
４１：バッテリ
４２：コンバータ回路
４３：インバータ回路
４５：エンジン
５１：係合ピン
５３：係合孔
５４：ボルト
５５：接合面
５６：コネクタカバー
５７：ボルト
５９：ネジ孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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