特許 7327632 電動機の保護構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-07

(45)【発行日】2023-08-16

(54)【発明の名称】電動機の保護構造

(51)【国際特許分類】

   B60K 1/04 20190101AFI20230808BHJP

   B60K 6/40 20071001ALI20230808BHJP

   B60K 6/26 20071001ALI20230808BHJP

   B60K 11/02 20060101ALI20230808BHJP

【ＦＩ】

B60K1/04 Z ZHV

B60K6/40

B60K6/26

B60K11/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022500217

(86)(22)【出願日】2020-08-19

(86)【国際出願番号】 JP2020031340

(87)【国際公開番号】W WO2021161560

(87)【国際公開日】2021-08-19

【審査請求日】2022-02-16

(31)【優先権主張番号】P 2020022503

(32)【優先日】2020-02-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100177460

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 智子

(72)【発明者】

【氏名】梅村 憲史

(72)【発明者】

【氏名】石川 清貴

【審査官】中川 隆司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０６３１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２６３９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０６０１９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０８３５１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３０４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４８５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１９８６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ １／０４

Ｂ６０Ｋ ６／４０

Ｂ６０Ｋ ６／２６

Ｂ６０Ｋ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載される少なくとも一つの電動機と、
前記電動機と車室との間を区画する面状のパネルと、
前記電動機を冷却する冷媒の熱を前記冷媒とは別の媒質へ移動させるように構成された熱交換器とを備え、
前記熱交換器は、複数のプレートを互いに隙間をあけて積層した構造を有し、
前記電動機の表面のうち前記パネルに対向する側に、前記複数のプレートの積層方向が、前記電動機から前記パネルへ向かう方向と一致するように積層された状態で一体的に固定され、
前記少なくとも一つの電動機は、前記車両に搭載される複数の電動機を含み、
前記熱交換器が、前記複数の電動機のうち一つに固定されるとともに、前記熱交換器の前記複数のプレートのうちの最も前記パネルに近い側に位置するプレートと前記パネルとの間の離隔距離が、前記複数の電動機の各々と前記パネルとの間の離隔距離よりも小さくなるように固定されることを特徴とする、電動機の保護構造。

【請求項2】

前記電動機が、前記車両に搭載されるエンジンの後方に配置されることを特徴とする、請求項１記載の電動機の保護構造。

【請求項3】

前記電動機の前記表面のうち前記熱交換器に隣接するように配置され、前記車両に搭載されるバッテリとケーブルを介して接続されるコネクタをさらに備えることを特徴とする、請求項１または２記載の電動機の保護構造。

【請求項4】

前記コネクタが、前記熱交換器の後方に配置されることを特徴とする、請求項３記載の電動機の保護構造。

【請求項5】

前記パネルは、前記車両の前方側において斜め上方に傾斜した斜面を含み、
前記熱交換器が、前記斜面に対向するように配置されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の電動機の保護構造。

【請求項6】

前記パネルは、平らな面である平面部を有し、
前記熱交換器が、前記パネルの前記平面部に対向するように配置されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の電動機の保護構造。

【請求項7】

前記パネルは、屈曲した面である屈曲部を有し、
前記熱交換器が、前記パネルの前記屈曲部に対向するように配置されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の電動機の保護構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車両に搭載される電動機の保護構造に関する。

【背景技術】

【0002】

関連技術として、車両に搭載される電動機において、給電ケーブルが接続されるコネクタを保護するための各種構造が提案されている。例えば、車両衝突時の外力によって電動機が移動し、周囲の他部品と接触する可能性があることから、あらかじめコネクタの強度を向上させておくことが検討されている。また、電動機のコネクタの近傍に突起を形成しておき、車両衝突時にコネクタよりも先に突起が電動機の周囲の他部品に接触するようにした構造も知られている（日本国特開2019-099003号公報、日本国特開2018-083510号公報、及び日本国特開2018-114899号公報を参照）。

【0003】

しかしながら、電動機のコネクタの強度を向上させるための補強構造を設けるように設計すれば、重量増加や構造の複雑化を招き、製造コストや生産性の面でのデメリットが生じうる。また、コネクタの周囲に保護部材を配置した場合も同様であり、重量増加や構造の複雑化を避けることはできない。このような実情を踏まえ、より簡素かつ手軽な構成で、電動機のコネクタを効果的に保護できるようにすることが望ましい。

【発明の概要】

【0004】

本開示に係る電動機の保護構造は、簡素な構造で、外力に対する電動機の保護性能を向上させることに関連する。

【0005】

本開示の一態様によれば、電動機の保護構造は、車両に搭載される少なくとも一つの電動機と、前記電動機と車室との間を区画する面状のパネルと、前記電動機を冷却する冷媒の熱を前記冷媒とは別の媒質へ移動させるように構成された熱交換器を含む冷却部品とを備え、前記冷却部品は、前記電動機の表面のうち前記パネルに対向する側に一体的に固定される。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、実施例としての電動機の保護構造が適用された車両の模式図である。

【図2】図２は、図１に示す冷却部品の内部構造を模式的に示す斜視図である。

【図3A】図３Ａは、図１に示す保護構造の外力に対する保護性能を説明するための模式図である。

【図3B】図３Ｂは、図１に示す保護構造の外力に対する保護性能を説明するための模式図である。

【図3C】図３Ｃは、図１に示す保護構造の外力に対する保護性能を説明するための模式図である。

【図4】図４は、変形例としての電動機の保護構造が適用された車両の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

［１．構成］
図１～図４を参照して、実施例及び変形例としての電動機の保護構造を説明する。図中の方位を表す矢印（前後上下）は、車両１０を基準にして定められる方向を意味する。図１は、電動機の保護構造が適用された車両１０の内部を透視して示す模式的な側面図である。車両１０の前部にはエンジンルーム１２（モータールームやコンパートメントルームとも呼ばれてもよい）が設けられ、その後方に車室１１が設けられる。エンジンルーム１２には、モータ１，ジェネレータ２，エンジン３などの駆動力生成装置が配置される。これらの駆動力生成装置は、図示しない変速装置やトランスアクスルを介して、互いに動力伝達可能に連結される。

【0008】

モータ１は、例えば三相交流型の同期電動機であり、バッテリ１３の電力でモータ軸（ロータの回転軸）を回転させる機能と、車両１０の慣性動力を利用して発電する機能とを併せ持つ。また、ジェネレータ２（発電機）は、例えば三相交流型の同期発電機であり、バッテリ１３の電力でエンジン３のクランク軸を回転させる機能（スタータ機能）と、クランク軸の回転動力を利用して発電する機能とを併せ持つ。エンジン３は、ガソリンや軽油を燃焼とする内燃機関（ガソリンエンジン，ディーゼルエンジン）である。

【0009】

一般に、回転子を流れる電流と磁界との相互作用により回転力を生成する装置は「電動機」と呼ばれる。本実施例のモータ１は「電動機」である。また、本実施例のジェネレータ２は、磁界内で回転子を回転させることで誘導電流を生成するものであるが、その回転子に電流を流すことで回転力を発生させることが可能である。つまり、本実施例のジェネレータ２は「電動機」として機能させることが可能であり、「電動機」の一種と見なすことができる。このような意味で、モータ１やジェネレータ２を含む概念として「電動機」を定義することが可能である。したがって、本願明細書に記載される「電動機」は、「モータまたはジェネレータまたはモータジェネレータ」と表記してもよく、そのように理解しても差し支えない。

【0010】

モータ１とジェネレータ２とエンジン３は、車両１０の正面視で互いに重なるように配置される。例えば、ジェネレータ２はモータ１よりも前方側において斜め上方に配置される。また、エンジン３は、ジェネレータ２よりも前方において、ジェネレータ２の前面を覆うように配置される。言い換えれば、モータ１及びジェネレータ２はエンジン３の後方に配置される。また、図示しない変速装置やトランスアクスルは、モータ１，ジェネレータ２，エンジン３の各々における車幅方向の一側に配置される。また、モータ１，ジェネレータ２，エンジン３の各々の回転軸（ローター軸及びクランク軸）は、例えば車幅方向に互いに平行に配置される。

【0011】

車室１１とエンジンルーム１２との間は、面状のパネル４で区画される。パネル４は、バルクヘッドやファイアーウォールとも呼ばれる。ここでいうパネル４には、フロアパネルやダッシュパネルが含まれる。図１に示すように、パネル４は車室１１の下方においてほぼ水平に配置されるとともに、車室１１の前部において上方に迫り上がった形状に形成される。なお、図１に示すような形状のパネル４の形成に際し、一枚の板材を屈曲させて形成してもよいし、複数の板材をつなぎ合わせて形成してもよい。

【0012】

車室１１の下方（パネル４よりも下方）には、バッテリ１３とインバータ１４とが配置される。バッテリ１３は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池であり、数百ボルトの高電圧直流電流を供給しうる二次電池である。バッテリ１３は、インバータ１４を介してモータ１及びジェネレータ２に電気的に接続される。バッテリ１３は、モータ１及びジェネレータ２に電力を供給可能とされる。また、バッテリ１３は、モータ１の回生電力やジェネレータ２の発電電力で充電可能であるとともに、車両外部からの給電を受けて充電すること（外部充電）も可能である。

【0013】

インバータ１４は、バッテリ１３側の直流電力とモータ１及びジェネレータ２側の交流電力とを変換するための電力変換装置であり、バッテリ１３とモータ１及びジェネレータ２とをつなぐ動力線上に介装される。インバータ１４はパワードライブユニット（PDU）とも呼ばれ、インバータ回路と電子制御装置とを内蔵する。インバータ回路には、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）やMOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などのスイッチ素子が含まれる。また、電子制御装置は、スイッチ素子の作動状態（オンオフのタイミングや駆動周波数）を制御する機能を持つ。

【0014】

インバータ１４とモータ１及びジェネレータ２の各々との間は、三相交流用の高圧ケーブル１５で接続される。高圧ケーブル１５は、図１に示すように、モータ１の外表面に設けられる第一コネクタ１６と、ジェネレータ２の外表面に設けられる第二コネクタ１７との各々に接続される。高圧ケーブル１５は、第一コネクタ１６，第二コネクタ１７の各々に対して着脱可能とされる。これらの第一コネクタ１６，第二コネクタ１７は、好ましくは後述する冷却部品５の近傍に配置される。本実施例では、冷却部品５が取り付けられるモータ１の第一コネクタ１６が、冷却部品５に隣接する位置に配置される。

【0015】

モータ１の外表面には、冷却部品５が取り付けられる。冷却部品５は、少なくともモータ１を冷却するための熱交換器７を含む部品であり、車両１０に設けられる複数の電動機（モータ１やジェネレータ２）の一つに固定される。熱交換器７は、モータ１を冷却する冷媒の熱を他の媒質へ移動させる機能を持つ。冷却部品５は、モータ１の表面のうちパネル４に対向する側において、モータ１に一体的に固定される。冷却部品５には、モータ１を冷却する冷媒の出入口となる第一流入口及び第一流出口と、その冷媒を冷却するための媒質の出入口となる第二流入口及び第二流出口とが設けられる。ここでいう冷媒や媒質の具体例としては、冷却水，冷却オイル，冷風，各種クーラントなどが挙げられる。

【0016】

冷却部品５は、冷却部品５とパネル４との離隔距離が、モータ１やジェネレータ２とパネル４との離隔距離よりも小さくなる位置に固定される。より好ましくは、冷却部品５とパネル４との離隔距離が、第一コネクタ１６や第二コネクタ１７とパネル４との離隔距離よりも小さくなる位置に固定される。つまり、モータ１やジェネレータ２が外力によってパネル４に接近したとしても、冷却部品５が第一コネクタ１６や第二コネクタ１７よりも先にパネル４に接触するように構成される。また、本実施例の第一コネクタ１６は、図１に示すように、冷却部品５よりも後方かつ下方に配置される。これにより、第一コネクタ１６をパネル４に対して冷却部品５よりも離隔させつつ、第一コネクタ１６とインバータ１４との距離を近づけることができる。したがって、第一コネクタ１６の保護性を高めつつ、高圧ケーブル１５を短縮することができる。

【0017】

冷却部品５の具体例を図２に示す。この冷却部品５は、中空のケーシング６の内部に積層型の熱交換器７が内蔵された構造を持つ。熱交換器７は、複数のプレート８を互いに隙間をあけて多層状に積層した構造を持つ。また、複数のプレート８の間には、コルゲートフィン９が内装される。コルゲートフィン９は、二枚のプレート８の各々に接触すべく断面形状が波形に形成された板状部材である。コルゲートフィン９を設けることで、複数のプレート８の間での熱伝達が促進され、熱交換の効率が向上する。

【0018】

熱交換器７の内部には、図２に示すように、モータ１を冷却する冷媒（例えば冷却オイル）が流通する層と冷媒を冷却する媒質（例えばエンジン冷却水）が流通する層とが交互に積層される。これらの冷媒，媒質は、プレート８とコルゲートフィン９とに挟まれる溝状の空間内を流通する。また、前者の層を流れる冷媒の流通方向は、後者の層を流れる媒質の流通方向に対して直交するように設定される。各層における流通方向を直交させることで、冷媒，媒質が互いに混ざり合わない構造を容易に形成することができる。

【0019】

複数のプレート８の積層方向は、図２に示すように、モータ１からパネル４へ向かう方向に一致するように設定される。ここでいう積層方向は、例えばプレート８の法線方向と読み替えて理解してもよい。あるいは、各層を流れる冷媒，媒質の流通方向に垂直な方向を「積層方向」と定義してもよい。このようなレイアウトにより、例えば冷却部品５の熱交換器７に外力が作用した場合に、プレート８の厚み方向への変形によって衝撃が吸収され、冷却部品５が緩衝部材として機能する。

【0020】

図１に示すように、冷却部品５は、パネル４の表面のうち、前方が斜め上に傾斜した斜面に対向する位置に配置される（つまり、熱交換器７のプレート８がパネル４の斜面に対向するように配置される）。この斜面は、例えばフロアパネルの前端部やダッシュパネルの下端部に設けられる。冷却部品５を傾斜面に対向させることで、冷却部品５がパネル４に接触したときの反力を、前方斜め下向きに作用させることができる。したがって、車室１１のスペースが確保されやすくなり、乗員保護性能が向上する。

【0021】

冷却部品５は、パネル４の平面部１８に対向する位置に配置される。平面部１８は平面状に形成された部位であって、熱交換器７のプレート８のうち、最もパネル４に近い側に位置するプレート８に対してほぼ平行に設けられる部位である。図１に示すように、平面状の部位に冷却部品５を配置することで、冷却部品５がパネル４に接触したときの接触面積が増大し、冷却部品５に作用する圧力が減少する。これにより、衝撃が吸収されやすくなり、冷却部品５の緩衝性能が向上する。

【0022】

［２．作用，効果］
図３Ａに示すように、車両１０の前方から外力（図中に黒矢印で示す）が作用したときに、エンジン３がエンジンルーム１２内で車両１０の後方側へと押し込まれる場合がある。この場合、エンジン３がジェネレータ２に接触してジェネレータ２を後方へと押し込み、モータ１及びジェネレータ２がパネル４に向かって移動する。モータ１及びジェネレータ２とパネル４との離隔距離は、徐々に減少する。

【0023】

一方、モータ１の外表面には、冷却部品５が取り付けられている。冷却部品５は、モータ１及びジェネレータ２よりも先にパネル４に接触する位置に配置される。したがって、図３Ｂに示すように、冷却部品５がパネル４に接触したときに、モータ１及びジェネレータ２とパネル４との離隔距離が確保され、直接的な接触が回避される。また、冷却部品５は、第一コネクタ１６や第二コネクタ１７よりも先にパネル４に接触する位置に配置される。したがって、冷却部品５がパネル４に接触したときに、第一コネクタ１６及び第二コネクタ１７とパネル４との離隔距離も確保される。

【0024】

モータ１及びジェネレータ２がパネル４に向かってさらに移動すると、図３Ｃに示すように、パネル４とモータ１とに挟まれた冷却部品５が圧縮変形する。この圧縮変形の過程で、外力のエネルギーが吸収される。これにより、モータ１，ジェネレータ２，第一コネクタ１６，第二コネクタ１７とパネル４との接触が防止されるとともに、変形や破損が抑制される。なお、モータ１の移動に伴い、インバータ１４から第一コネクタ１６までの距離が変化する。しかし、インバータ１４と第一コネクタ１６との間をつなぐ高圧ケーブル１５が可撓性を有するものであれば、このような変形は無理なく許容される。

【0025】

（１）本実施例の電動機の保護構造には、車両１０に搭載されるモータ１とパネル４と冷却部品５とが設けられる。パネル４は、モータ１と車室１１との間を区画するように設けられる。冷却部品５は、モータ１の表面のうちパネル４に対向する側に一体的に固定される。また、冷却部品５には、モータ１を冷却する冷媒の熱を他の媒質へ移動させる熱交換器７が含まれる。このような構成により、モータ１とパネル４との接触によるモータ１の変形，破損の発生を抑制することができる。また、モータ１とパネル４との間に保護部材や補強構造を追加する必要がなく、重量増加や構造の複雑化を回避することができる。したがって、簡素な構造で電動機（モータ１やジェネレータ２）の保護性能を向上させることができる。

【0026】

（２）図１に示すように、モータ１は、車両１０に搭載されるエンジン３の後方に配置される。これにより、例えば車両１０の前突時にエンジン３によって押し込まれたモータ１とパネル４との接触によるモータ１の変形，破損の発生を抑制することができる。なお、エンジン３が搭載されない車両１０においては、図１中のエンジン３の位置に何らかの緩衝部材（クラッシュボックス，クッション部材など）を配置することが可能である。これに対し、エンジン３が搭載される車両１０においては、そのような緩衝部材を配置する空間的な余裕がない場合がある。一方、上記の保護構造によれば、そのような緩衝部材を配置することなく、モータ１の保護性能を向上させることができるという利点がある。

【0027】

（３）熱交換器７は、隙間をあけて複数のプレート８を積層した構造を持つ。これらのプレート８は、図２に示すように、モータ１からパネル４へ向かう方向に積層される。熱交換器７の積層方向がモータ１からパネル４へ向かう方向に対応することで、プレート８の厚み方向への変形によって衝撃を吸収することができ、冷却部品５の緩衝機能を向上させることができる。また、複数のプレート８の間には冷媒の流れる隙間があることから、プレート８の変形代（最大変形量）を確保することができ、衝撃の吸収効率を高めることができる。したがって、電動機（モータ１やジェネレータ２）の保護性能を向上させることができる。

【0028】

（４）モータ１の第一コネクタ１６は、図１に示すように、冷却部品５に隣接する位置に配置される。このようなレイアウトにより、モータ１及びジェネレータ２がパネル４に向かって移動したときに、少なくとも第一コネクタ１６よりも先に冷却部品５をパネル４に接触させることができる。したがって、第一コネクタ１６をより確実に保護することができ、電動機（モータ１やジェネレータ２）の保護性能を向上させることができる。

【0029】

（５）図１に示すように、第一コネクタ１６は、冷却部品５よりも車両１０の後方に配置される。これにより、モータ１の後方にバッテリ１３やインバータ１４が配置されたレイアウトにおいて、第一コネクタ１６をパネル４に対して冷却部品５よりも離隔させつつ、第一コネクタ１６とインバータ１４との距離を近づけることができる。したがって、第一コネクタ１６の保護性を高めつつ、高圧ケーブル１５を短縮することができ、電動機（モータ１やジェネレータ２）の構成をさらに簡素にすることができる。

【0030】

（６）冷却部品５は、パネル４の表面のうち、前方が斜め上に傾斜した斜面に対向する位置に配置される。このように、冷却部品５に対向する箇所のパネル４を傾斜させることで、冷却部品５がパネル４に接触したときの反力を、前方斜め下向きに作用させることができる。つまり、モータ１及びジェネレータ２が車室１１の内部に向かって移動してきたときに、モータ１及びジェネレータ２の水平方向の進入量を減少させることができる。したがって、車室１１のスペースを確保することができ、乗員保護性能を向上させることができる。

【0031】

（７）冷却部品５は、車両に設けられる複数の電動機の一つであるモータ１に固定される。この冷却部品５が固定される位置は、冷却部品５とパネル４との離隔距離がモータ１やジェネレータ２とパネル４との離隔距離よりも小さくなる位置に設定される。つまり、冷却部品５が取り付けられた状態において、モータ１やジェネレータ２よりも冷却部品５がパネル４の近くに位置するように、冷却部品５の固定位置が定められる。このようなレイアウトにより、モータ１及びジェネレータ２がパネル４に向かって移動したときに、モータ１やジェネレータ２よりも先に冷却部品５をパネル４に接触させることができる。したがって、モータ１やジェネレータ２を確実に保護することができ、電動機（モータ１やジェネレータ２）の保護性能を向上させることができる。

【0032】

（８）図１に示すように、冷却部品５は、パネル４の平面部１８に対向する位置に配置される。これにより、モータ１及びジェネレータ２がパネル４に向かって移動したときに、パネル４に近い冷却部品５の端面をパネル４に面接触させることができ、冷却部品５とパネル４との接触面積を増大させることができる。つまり、冷却部品５に作用する圧力を減少させることができ、冷却部品５の全体を満遍なく圧縮変形させながら、その衝撃を吸収することができる。したがって、冷却部品５の緩衝性能を向上させることができる。

【0033】

［３．変形例］
上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。例えば、上記の実施例では、エンジンルーム１２の内部にモータ１，ジェネレータ２，エンジン３が配置されたハイブリッド自動車を例示したが、ジェネレータ２やエンジン３を持たない電気自動車に上記の保護構造を適用することも可能である。

【0034】

また、上記の実施例では、冷却部品５がパネル４の平面部１８に対向する位置でモータ１の表面に固定されているが、冷却部品５とパネル４との位置関係はこのような関係に限定されない。例えば、図４に示すように、パネル４の屈曲部１９に対向する位置に冷却部品５を配置してもよい。屈曲部１９は、稜線を挟んで二つの面が接合された形状の部位であり、例えば面状の部材を屈曲させて形成される。屈曲部１９に対向するように冷却部品５を設けることで、屈曲部１９とモータ１との干渉が防止される。したがって、電動機（モータ１やジェネレータ２）の保護性能を向上させることができる。

【0035】

本出願は、２０２０年２月１３日出願の日本特許出願特願２０２０－０２２５０３に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

【符号の説明】

【0036】

１ モータ（電動機，駆動装置）
２ ジェネレータ（電動機，駆動装置）
３ エンジン（内燃機関，駆動装置）
４ パネル
５ 冷却部品
６ ケーシング
７ 熱交換器
８ プレート
９ コルゲートフィン
１０ 車両
１１ 車室
１２ エンジンルーム
１３ バッテリ
１４ インバータ
１５ 高圧ケーブル
１６ 第一コネクタ
１７ 第二コネクタ
１８ 平面部
１９ 屈曲部

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】