(57)【要約】      （修正有）【課題】モータユニットの上にインバータを支持するインバータ車載構造に関し、インバータが発生するノイズのラジオへの影響を抑制する。【解決手段】インバータ車載構造は、互いに逆方向に巻回されたコイルスプリングを重ねた防振部材９を介してインバータ６がモータユニット３のケース３ａに取り付けられている。そして、夫々のコイルスプリングは、モータユニットのケースとインバータの双方と導通しているとともに、コイルスプリング同士は互いに絶縁されている。２個のコイルスプリングをノイズ電流が流れるとき、誘発される磁場が互いに打ち消し合うのでインダクタンスが小さくなる。インバータからモータへと伝搬しモータからモータユニットのケース、及び、防振部材を介してインバータに還流するノイズ電流を多くすることができ、結果、ラジオに影響する虞の高いボディグランドへ流れるノイズ成分を少なくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用のモータを内蔵したモータユニットのケースにモータへ電力を供給するインバータを取り付けるインバータの車載構造であり、
互いに逆方向に巻回されたコイルスプリングを重ねた防振部材を介して前記インバータが前記モータユニットの前記ケースに取り付けられており、
夫々の前記コイルスプリングが、前記モータユニットの前記ケースと前記インバータの双方と導通しているとともに、前記コイルスプリング同士は互いに絶縁されていることを特徴とするインバータの車載構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車におけるインバータの車載構造に関する。本明細書におけるインバータは、走行用のモータへ電力を供給するデバイスである。また、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走行用モータの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。インバータにて交流を発生する回路ではスイッチング素子が高周波でオン／オフを繰り返すため、高周波ノイズ電流を発生する。走行用モータに電力を供給するインバータは出力が大きいため、発生するノイズ電流も大きい。
【０００３】
ノイズ電流をインバータからグランドへ伝搬させ、スイッチング素子からの放射ノイズを低減する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された技術では、スイッチング素子を含む制御ユニット（インバータ）が、導電性を有する防振手段を介してモータユニットのケースに支持されている。制御ユニットで発生したノイズ電流は導電性の防振手段を介してモータユニットのケースに伝搬する。車両の場合は通常、ボディがグランド電位に規定されており、モータユニットのケースは車両ボディと電気的に接続している。なお、車両のボディを電気的なグランド電位の接続先として表す場合、「ボディグランド」と称する。特許文献１の技術は、制御ユニットを支持する防振部材に導電性を備えさせ、その防振部材をノイズ電流のボディグランドへの伝搬経路として活用する、という技術的思想である。なお、モータユニットは、典型的には、走行用のモータとギアセット（ギアミッション）を収める筐体であるが、駆動機構の単純な電気自動車の場合は単なるモータケースであってもよい。
【０００４】
なお、トランスアクスル（モータユニット）のケースの上部に防振ゴムを介して制御ユニット（インバータ）を搭載する例は、他に、特許文献２にも例示されている。モータユニットの上部に制御ユニットを搭載する構造は、インバータからモータに電力を供給するケーブルを短くすることができ、送電ロスを低減する効果がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１５３４３号公報
【特許文献２】特開２００４−２１５３４８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、特許文献１の技術の改良に関する。即ち、本明細書が開示する技術は、モータユニットの上で制御ユニット（インバータ）を支持する防振部材をさらに有効に活用して、ノイズ電流の影響を効果的に抑制する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する技術は、防振部材として、２個一組のコイルスプリングを備える。２個のコイルスプリングは、一方のコイルスプリングのピッチ間に他方のコイルスプリングの１ピッチが入り込むように組み合わされており、モータユニットのケースとインバータの間に嵌挿される。また、２個のコイルスプリングは、巻回方向が互いに逆向きとなるように組み合わされる。そして、２個のコイルスプリングは夫々、モータユニットのケース及びインバータの夫々と導通しているが、相互には絶縁されている。コイルスプリングは、典型的には鋼材で作られており、端部を除いて絶縁コーティングが施されている。
【０００８】
上記の車載構造によると、モータユニットのケースからインバータへ（あるいは、インバータからモータユニットのケースへ）ノイズ電流が２個のコイルスプリングの夫々を流れる。コイルスプリングを流れるノイズ電流は磁界を誘発するが、コイルの巻回方向が互いに逆向きなので、誘導磁場は互いに打ち消し合う。その結果、誘導磁場が引き起こすインダクタンスが低減される。スイッチングノイズは高周波であり、インダクタンスが小さければ電流が流れ易くなる。即ち、互いに逆向きに巻回された２個のコイルスプリングを重なり合わせた防振部材を採用することにより、モータユニットのケースとインバータの筐体との間でノイズ電流が通り易くなっている。
【０００９】
発明者らの検討によると、インバータのスイッチング素子で発生したノイズ電流は、インバータからモータへ電力を供給するケーブル（パワーケーブル）を介して、コモンモードノイズとしてモータへ伝搬し、さらにモータユニットのケースを介してボディグランドへと伝搬する。なお、コモンモードノイズとは、一般に、電源ライン（この場合はパワーケーブル）とグランド（この場合はボディグランド）の間に発生するノイズを意味する。
【００１０】
ボディグランドに流れたコモンモードノイズは、車両が搭載するラジオの音質に影響を与える。詳しくは、コモンモードノイズがアンテナのグランドに干渉したり、コモンモードノイズがマフラーやドライブシャフトなどを流れる際に電波を放出し、ラジオ電波に干渉する。それゆえ、インバータが発生するコモンモードノイズは、できるかぎりボディグランドに流さないことが好ましい。
【００１１】
モータユニットのケースとインバータとの間に介在する防振部材に導電性を持たせると、パワーケーブルを通じてインバータからモータユニットへ流れたコモンモードノイズのノイズ電流が防振部材を介してインバータに還流する可能性がある。本明細書が開示する低インダクタンスの防振部材は、モータユニットのケースからインバータの筐体へノイズ電流が還流し易くなり、その結果、ノイズ電流のラジオへの影響が抑制される。
【００１２】
他方、２個のコイルスプリングを重ねた防振部材は、防振にも寄与する。なお、防振効果を高めるため、コイルスプリングの中心にゴム製の防振材を配置してもよい。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１】実施例のインバータ車載構造の模式的構造図である。
【図２】防振部材の斜視図である。
【図３】変形例のインバータ車載構造の模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面を参照して実施例のインバータの車載構造２を説明する。本実施例では、ハイブリッド車を対象とする。図１に、ハイブリッド車における主要な駆動系部品のブロック図を示す。図１では、インバータが発するノイズ電流の低減の説明に必要な部品のみを描いてあり、いくつかの他の部品は図示を省略している。また、図１は、ノイズの伝搬経路を説明するためのものであり、主要な駆動系部品の構造的な接続関係を模式的に示したものである。なお、インバータ６と、モータユニット３は、ケースを強調して表すべく、ケースの断面を表すハッチングを施している。符号３ａがモータユニットのケースを表し、符号６ａでインバータのケースを表す。
【００１６】
図１に示した駆動系部品を説明する。実施例の車両はハイブリッド車であり、走行用にエンジン２２とモータ４を備える。モータ４は、エンジン２２の出力トルクとモータ４の出力トルクを合成／分配するギア群とともにケース３ａに格納されている。モータ４と前述のギア群を合わせてモータユニット３と称する。このタイプのモータユニットはトランスアクスルと呼ばれることもある。
【００１７】
モータユニット３にはドライブシャフト２１が連結されており、エンジン２２の出力トルクとモータ４の出力トルクはモータユニット３内のギアセットで適宜に融合／分配されてドライブシャフト２１に伝達される。図示は省略しているがドライブシャフト２１の先には駆動輪が連結されており、ドライブシャフト２１の回転力により駆動輪が回転する。エンジン２２にはマフラー２５が連結されている。
【００１８】
エンジン２２とモータユニット３は車両のフロントコンパートメントに搭載されている。エンジン２２の上にはエアコンのコンプレッサ２３が固定されており、モータユニット３の上にはインバータ６が固定されている。インバータ６は、防振部材９を介してモータユニット３の上に固定されている。防振部材９は、モータユニット３の振動やエンジン２２の振動、あるいは走行振動がインバータ６に及ぼす影響を低減する。
【００１９】
インバータ６とコンプレッサ２３は電気ケーブル２４で電気的に接続されている。また、インバータ６とバッテリ２７は、電気ケーブル２６で電気的に接続されている。バッテリ２７は、モータ４を駆動するための電力を蓄える大容量の蓄電装置であり、フロントコンパートメントではなく、シートの下、あるいは、ラゲッジルームに配置されるが、図１では説明の都合上、インバータ６の近くに描いてある。
【００２０】
インバータ６とモータ４は、電気ケーブル８で電気的に接続されている。モータ４は、３相交流で駆動される誘導電動機タイプのモータであり、電気ケーブル８は、より具体的には、ＵＶＷの３相交流を伝えるため３線で構成されている。車輪を駆動させるための大電流を流す電気ケーブルは通称、パワーケーブルと呼ばれる。図１の場合は、インバータ６とバッテリ２７を繋ぐ電気ケーブル２６と、インバータ６とモータ４を繋ぐ電気ケーブル８がパワーケーブルに相当する。
【００２１】
インバータ６は、バッテリ２７が出力する直流電力をモータ４の駆動に適した交流電力に変換する。インバータ６の主要部品は、ＩＧＢＴなどのパワートランジスタとダイオードの逆並列回路が６セット組み合わさったインバータ回路７である。図１では、符号７が示す矩形の中にトランジスタとダイオードを描き込んでインバータ回路７を模式的に表している。なお、インバータ６は、バッテリ２７の出力電圧を昇圧してインバータ回路７へ供給する昇圧コンバータを備えることもある。昇圧コンバータの主要部品もパワートランジスタとダイオードの逆並列回路である。本明細書でいう「インバータ」は、直流交流変換回路だけでなく、車両に必要な他の電気回路（例えば上述の昇圧コンバータなど）を含むものであってよい。
【００２２】
パワートランジスタは所定の周波数でオン／オフを繰り返すため、スイッチングノイズを発生する。次に、主としてインバータ６のパワートランジスタが発生するノイズの電流（ノイズ電流）の伝達経路を説明する。
【００２３】
インバータ回路７のパワートランジスタが発生したノイズ電流は、インバータ６とモータ４を接続する電気ケーブル８（パワーケーブル）を通じてモータ４へ伝搬する。このときのノイズ電流は、コモンモードノイズと呼ばれる、複数のパワーケーブルを同じ方向に流れるノイズ電流である。ここで、モータ４の筐体、及び、モータ４を収納するケース（即ちモータユニット３のケース３ａ）も金属製であるから、モータ４へ伝搬したノイズ電流はモータ４の筐体を通じてケース３ａに伝搬する。なお、電流が直接にパワーケーブルからモータ筐体を通じてケース３ａに流れるのではなく、パワーケーブルからモータ筐体へ、そしてケース３ａへと高周波ノイズが伝搬する。図１においてパワーケーブルからケース３ａまでの伝搬経路を模式的に表しているのが寄生容量５である。
【００２４】
インバータ６は防振部材９を介してモータユニット３のケース３ａの上に固定されており、本実施例では、防振部材９も導電性を備える。また、インバータのケース６ａも導電性である。それゆえ、モータユニットのケース３ａに伝搬したノイズ電流は防振部材９を通じてインバータのケース６ａに伝搬する。インバータ回路７の基板は様々な部材を介してインバータのケース６ａと繋がっており、ケース６ａを流れるノイズ電流は、インバータ回路７の基板へと伝搬する。その伝搬経路を模式的に表しているのが、寄生容量１２である。インバータ６のケース６ａに達したノイズ電流は寄生容量１２を介してインバータ回路７に還流する。即ち、インバータ回路７が発生するノイズ電流は、電気ケーブル８、モータ４、モータユニットのケース３ａ、防振部材９、インバータのケース６ａを介してインバータ回路７へと還流する。図１に示す破線の矢印が、ノイズ電流のこの還流経路を表している。
【００２５】
なお、インバータ６とモータユニット３には他にも様々な部品が電気的に接続しており、ノイズ電流の伝搬経路は上記した経路に限られない。例えば、電気ケーブル８とモータ４を通じてモータユニット３のケース３ａに伝搬したノイズ電流は、ケース３ａに物理的にも電気的にも接しているエンジン２２へも流れる。ノイズ電流はエンジン２２から、ドライブシャフト２１、あるいは、マフラー２５へも流れる。なお、車載の幾つかの部品はグランドを車両のボディに接続している。図１において符号ＢＧはボディグランドを表している。エンジン２２に到達したノイズ電流はボディグランドにも流れ得る。
【００２６】
他方、インバータ回路７で発生したノイズ電流は、電気ケーブル２６を介してバッテリ２７へも伝搬する。バッテリ２７もボディグランドＢＧに接続している。インバータ回路７で発生したノイズ電流は、電気ケーブル２６とバッテリ２７を介してもボディグランドＢＧへ伝搬し得る。
【００２７】
以上のように、インバータ回路７が発生するノイズ電流は様々経路で伝搬し得る。ノイズ電流の周波数は、インバータ回路７のトランジスタのオン／オフの周期に依存する。ノイズ電流の周波数によっては、ノイズ電流がＡＭあるいはＦＭラジオに影響する。特に、ボディグランドＢＧに流れたノイズ電流は、ラジオアンテナのグランドに影響する可能性がある。また、マフラー２５やドライブシャフト２１などの長物に流れたノイズ電流は電波となって放射される。この電波は、ラジオの電波に干渉する可能性がある。こうしてノイズ電流はラジオのノイズに影響を及ぼす。
【００２８】
ラジオの性能の観点からは、インバータ回路が発生するノイズ電流は、できるだけボディグランドへ伝搬させないことが好ましい。先に説明したノイズ電流の伝搬経路のうち、モータユニットのケース３ａ、防振部材９、及び、インバータのケース６ａを通じてインバータ回路７に還流する経路にノイズ電流をより多く導くことによって、ボディグランドに流れるノイズ電流を低減し得る。ボディグランドＢＧに流れ込むノイズ電流と比較してインバータ回路７に還流するノイズ電流の割合を多くするには、還流する経路のインピーダンスを他の経路と比較して小さくすればよい。インバータ回路７へ還流するノイズ電流の経路のうち、防振部材９が電流経路として狭くなるので、この防振部材９のインピーダンスを下げることが、インバータ回路７へ還流するノイズ電流を多くすることに貢献する。本実施例では、インピーダンスが小さくなるように防振部材９の構造を工夫している。次に、防振部材９の具体的な構造を説明する。
【００２９】
図２に防振部材９の斜視図を示す。防振部材９は、２個のコイルスプリング３１と３２を重ねたものの中心にゴム製の円柱状の芯材３３を配置した構造を有している。ゴム製の芯材３３が主としてインバータ６の防振に貢献するが、２個のコイルスプリングも防振性能に寄与する。
【００３０】
２個のスプリング３１、３２は、一方のコイルスプリングの巻き線のピッチの間を他方のコイルスプリングの巻き線が通過するように組み合わされている。夫々のコイルスプリングは導電性の金属（例えば鋼）で作られているが、端部を除いて絶縁コーティングが施されている。図２中の符号３１ａ、３２ａ、３１ｂが、露出した端部を示している。なお、端部３１ａ、３２ａは、金属が露出している部位をハッチングで示している。２個のコイルスプリングは夫々、一方の端部（例えば３１ａ、３２ａ）がインバータのケース６ａに接しており、他方の端部（例えば３１ｂ）がモータユニットのケース３ａと接している。コイルスプリング３２の他方の端部３２ｂは図２では隠れて見えないが、モータユニットのケース３ａと接している。即ち、２個のコイルスプリング３１、３２は互いには絶縁されているが、モータユニットのケース３ａとインバータ６（そのケース６ａ）の双方と導通している。
【００３１】
また、２個のスプリング３１、３２は、巻回方向が互いに逆となるように組み合わされている。図２において符号Ａの矢印がコイルスプリング３１の巻回方向を示しており、符号Ｂの矢印がコイルスプリング３２の巻回方向を示している。
【００３２】
一方のコイルスプリングのピッチの間に他方のコイルスプリングの巻き線が入り込むように組み合わされているとともに互いに逆方向に巻回された一対のコイルスプリング３１、３２は、次の効果を奏する。即ち、一対のコイルスプリングは夫々モータユニットのケース３ａとインバータ（そのケース６ａ）と導通している。前述したように、インバータ回路７が発生しモータユニット３のケース３ａへと伝搬したノイズ電流は、一対のコイルスプリングの夫々を通じてモータユニットのケース３ａからインバータ６のケース６ａへと流れる。コイルスプリングを流れるノイズ電流は高周波であるから誘導磁場を生じるが、巻回方向が互いに逆向きであるので、一対のコイルスプリングの夫々が発生する誘導磁場は相殺し合う。結局、磁場が発生しない（あるいは発生しても小さな磁場となる）ことと等価であるため、磁場発生に起因するインダクタンスが小さくなる。インダクタンスは、発生する磁場の大きさに依存し、単純な板状の導通部材であっても交流電流が流れると誘導磁場が発生してインダクタンスを生じる。しかし、一対のコイルスプリングが互いに逆向きに巻回された防振部材９では、一対のコイルスプリング夫々が発生する誘導磁場を互いに打ち消すので、そのインダクタンスは、単純な板状の導通部材のインダクタンスよりも小さくなる。このように防振部材９は、インダクタンスが極めて小さくなる。
【００３３】
実施例のインバータ車載構造は、上記した防振部材９を介してインバータ６をモータユニット３のケース３ａに固定するので、前述したノイズ電流の還流が多くなり、ボディグランドへ流れるノイズ電流を相対的に小さくすることができる。その結果、ラジオに影響する高周波ノイズを低減することができる。
【００３４】
一例として、インダクタンスが４６．８［ｎＨ］のコイルスプリングを互いに逆向きに重ねた場合、トータルのインダクタンスは７．５［ｎＨ］に低下することを確認した。
【００３５】
図１の模式図では、モータユニット３のケース３ａとインバータ６の間に単純に防振部材９を挟み込む構造を示した。防振部材９の配置は、図１の配置に限られない。例えば、図３に示すように、モータユニットのケース３ａの上にＬ字型のブラケット４１を固定するとともに、インバータ６の車両の前後方向（図３に示す座標のＸ軸方向）の側面に防振部材９を配置し、Ｌ字型のブラケット４１の一方で防振部材９を固定する態様であってもよい。なお、図３に示す座標系のＸ軸方向が車両の前後方向に相当し、Ｙ軸方向が車幅方向に相当し、Ｚ軸方向が車両の上下方向に相当する。図３の車載構造２ａは、前後方向に衝撃を受ける衝突に対してインバータ６が外れ難いという利点を有する。
【００３６】
以上説明したように、本実施例のインバータ車載構造は、インバータ回路７の発生するノイズ電流が、モータ４へのパワーケーブル、モータ４、モータユニットのケース３ａ、防振部材９、インバータのケース６ａ、そしてインバータ回路７へと還流し易くなっている。それゆえ、ボディグランドへ流れるノイズ電流成分を小さくすることができ、ノイズ電流のラジオへの影響が抑制される。
【００３７】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。インバータは、直流を交流に変換するインバータ回路の他にバッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ回路やその他の回路を含んでいてもよい。
【００３８】
実施例の防振部材は、互いに逆方向に巻回された２個のコイルスプリングが一方のピッチの間を他方のコイルスプリングの巻き線が通過するように重ね合わされ、その軸方向中心にゴム製の防振材が配置されている。インバータの防振効果は主としてゴム製防振部材が受け持つが、一対のコイルスプリングも防振に寄与する。
【００３９】
インバータのノイズ電流がラジオへ与える影響を低減するには、ＡＭあるいはＦＭの周波数帯で防振部材（２個のコイルスプリング）のインダクタンスが小さいとよい。コイルスプリングの長さ、あるいは、直径、巻き線の太さなどを調整することで、所望の周波数帯でインダクタンスを小さくすることができる。
【００４０】
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】
【００４１】
２、ａ２：インバータ車載構造
３：モータユニット
３ａ：ケース
４：モータ
５、１２：寄生容量（仮想的なコンデンサ）
６：インバータ
６ａ：ケース
７：インバータ回路
８、２４、２６：電気ケーブル
９：防振部材
２１：ドライブシャフト
２２：エンジン
２３：コンプレッサ
２５：マフラー
２７：バッテリ
３１、３２：コイルスプリング
３３：芯材
４１：ブラケット
ＢＧ：ボディグランド
【図１】
2015002610.tif 000003
【図２】
2015002610.tif 000004
【図３】
2015002610.tif 000005