特許 7533178 機電一体ユニット

(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】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】機電一体ユニット

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240806BHJP

   H02K 5/24 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

H02K5/24 A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020200073

(22)【出願日】2020-12-02

(65)【公開番号】P2022087928

(43)【公開日】2022-06-14

【審査請求日】2023-07-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】結城 啓介

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１２６０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４６４３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ ３／００

Ｈ０５Ｋ ５／０２

Ｈ０２Ｋ ５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータを内蔵するモータモジュールと、
前記モータに接続された第１電力変換回路と、
前記第１電力変換回路を収容するとともに前記モータモジュールに取り付けられた第１ケースと、
前記第１電力変換回路に接続された第２電力変換回路と、
前記第２電力変換回路を収容するとともに前記第１ケースに取り付けられた第２ケースと、備え、
前記第１ケースは、第１面を有し、
前記第２ケースは、前記第１ケースの前記第１面と対向する第２面を有し、
前記第１ケースの前記第１面と前記第２ケースの前記第２面との間には、前記第１面と前記第２面との間の空間の少なくとも一部を取り囲む壁が設けられており、
前記壁は、前記第１面に設けられた第１部分と、前記第２ケースの前記第２面に設けられているとともに、前記第１部分と対向する第２部分とを有する、機電一体ユニット。

【請求項2】

前記壁は、前記第１ケースの前記第１面と前記第２ケースの前記第２面との間で一巡する周壁と、前記周壁に取り囲まれた空間を第１空間と第２空間とに分割する分割壁とを有する、請求項１に記載の機電一体ユニット。

【請求項3】

モータを内蔵するモータモジュールと、
前記モータに接続された第１電力変換回路と、
前記第１電力変換回路を収容するとともに前記モータモジュールに取り付けられた第１ケースと、
前記第１電力変換回路に接続された第２電力変換回路と、
前記第２電力変換回路を収容するとともに前記第１ケースに取り付けられた第２ケースと、備え、
前記第１ケースは、第１面を有し、
前記第２ケースは、前記第１ケースの前記第１面と対向する第２面を有し、
前記第１ケースの前記第１面と前記第２ケースの前記第２面との間には、前記第１面と前記第２面との間の空間の少なくとも一部を取り囲む壁が設けられており、
前記壁は、前記第１ケースの前記第１面と前記第２ケースの前記第２面との間で一巡する周壁と、前記周壁に取り囲まれた空間を第１空間と第２空間とに分割する分割壁とを有する、機電一体ユニット。

【請求項4】

前記第１ケースの前記第１面と前記第２ケースの前記第２面が対向する方向において、前記第１空間の寸法は、前記第２空間の寸法よりも小さい、請求項２又は３に記載の機電一体ユニット。

【請求項5】

前記第１ケース及び前記第２ケースの一方には、前記第１ケースの前記第１面と前記第２ケースの前記第２面との間に介在するカバーが設けられており、
前記第１空間の前記寸法は、前記カバーと、前記第１ケース及び前記第２ケースの他方とによって画定される、請求項４に記載の機電一体ユニット。

【請求項6】

前記カバーは、前記第１空間に面する面において、凹凸形状を有する、請求項５に記載の機電一体ユニット。

【請求項7】

前記カバーは、前記第２ケースに設けられており、
前記カバーと前記第２ケースの前記第２面との間には、前記第２電力変換回路を冷却するための冷却水路が画定されている、請求項５又は６に記載の機電一体ユニット。

【請求項8】

前記カバーは、その周縁において前記第２ケースに固定される複数の固定部を有し、前記複数の固定部は、前記第１空間の外部に位置している、請求項５から７のいずれか一項に記載の機電一体ユニット。

【請求項9】

前記壁は、前記第１ケースの前記第１面と前記第２ケースの前記第２面との少なくとも一方に設けられている、請求項１から８のいずれか一項に記載の機電一体ユニット。

【請求項10】

前記第１電力変換回路は、インバータ回路であり、前記第２電力変換回路は、コンバータ回路である、請求項１から９のいずれか一項に記載の機電一体ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、機電一体ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、機電一体ユニットが開示されている。この機電一体ユニットは、モータを内蔵するモータモジュールと、モータに電気的に接続された電力変換装置とを備える。電力変換装置は、インバータ回路といった電力変換回路と、それを収容するケースとを有しており、そのケースがモータモジュールのハウジングに取り付けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１１５９０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

機電一体ユニットでは、例えばＤＣ－ＤＣコンバータ回路とインバータ回路との組み合わせといった、二以上の電力変換回路が設けられてもよい。この場合、二つの電力変換回路がそれぞれ別個のケースに収容され、それらのケースがモータモジュール上へ重畳的に取り付けられることがある。しかしながら、このような構成であると、モータモジュールからの振動は、二つのケースへ順に伝搬して、二つのケースをそれぞれ振動させる。このとき、二つのケースの間に空間が存在していると、その空間において空間共鳴が生じるおそれがあり、モータモジュールからの振動に起因するノイズ音が、過度に増幅されてしまう。以上を鑑み、本明細書は、機電一体ユニットから発生するノイズ音を抑制し得る技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示する機電一体ユニットは、モータを内蔵するモータモジュールと、モータに接続された第１電力変換回路と、第１電力変換回路を収容するとともにモータモジュールに取り付けられた第１ケースと、第１電力変換回路に接続された第２電力変換回路と、第２電力変換回路を収容するとともに第１ケースに取り付けられた第２ケースと備える。第１ケースは、第１面を有し、第２ケースは、第１ケースの第１面と対向する第２面を有し、第１ケースの第１面と第２ケースの第２面との間には、第１面と第２面との間の空間の少なくとも一部を取り囲む壁が設けられている。

【0006】

上記した機電一体ユニットでは、第１電力変換回路を収容する第１ケースの第１面（例えば上面）と、第２電力変換回路を収納する第２ケースの第２面（例えば下面）とが、互いに対向している。従って、第１ケースの第１面と第２ケースの第２面との間において、上述したような空間共鳴が生じるおそれがある。しかしながら、第１ケースの第１面と第２ケースの第２面との間には、第１面と第２面との間の空間の少なくとも一部を取り囲む壁が設けられている。このような構成によると、二つのケースの間で空間共鳴が生じたとしても、そのノイズ音が外部へ漏洩することを壁によって抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施例の機電一体ユニット１０の模式図を示す。

【図2】機電一体ユニット１０の電気回路図を示す。

【図3】インバータモジュール３０とコンバータモジュール４０との間の構造を示す。

【図4】機電一体ユニット１０の平面図を示す。図４では、流路カバー４６以外のコンバータモジュール４０の図示が省略されている。

【図5】図４のＶ－Ｖ線における端面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本技術の一実施形態において、壁は、第１ケースの第１面と第２ケースの第２面との少なくとも一方に設けられてもよい。例えば、壁の少なくとも一部が、第１ケースの第１面に設けられていると、当該第１面の剛性が高まることによって、当該第１面に生じる振動が抑止される。これにより、第１ケースと第２ケースとの間における空間共鳴を抑制することができる。同様に、壁の少なくとも一部が、第２ケースの第２面に設けられている場合でも、第１ケースと第２ケースとの間における空間共鳴を抑制することができる。しかしながら、他の実施形態として、壁は、第１ケース及び第２ケースとは独立した部材で構成されてもよい。

【0009】

本技術の一実施形態において、壁は、第１面に設けられた第１部分と、第２ケースの第２面に設けられているとともに、第１部分と対向する第２部分とを有してもよい。このような構成によると、第１ケースの第１面及び第２ケースの第２面の各剛性がそれぞれ高められ、それらの間における空間共鳴をより効果的に抑制することができる。

【0010】

本技術の一実施形態において、壁は、第１ケースの第１面と第２ケースの第２面との間で一巡する周壁と、周壁に取り囲まれた空間を第１空間と第２空間とに分割する分割壁とを有してもよい。このような構成によると、壁に囲まれた空間が細分化されることで、二つのケースの間で生じる空間共鳴や、それに起因するノイズ音の漏洩を、効果的に抑制することができる。

【0011】

本技術の一実施形態において、第１ケースの第１面と第２ケースの第２面が対向する方向において、第１空間の寸法は、第２空間の寸法よりも小さくてもよい。即ち、第１空間と第２空間との間で高さが互いに異なってもよい。このような構成によると、第１空間と第２空間との間で共鳴周波数が互いに相違することで、空間共鳴の発生や、それに起因するノイズ音の増幅を抑制することができる。

【0012】

上記した実施形態では、第１ケース及び第２ケースの一方に、第１ケースの第１面と第２ケースの第２面との間に介在するカバーが設けられてもよい。この場合、第１空間の前述した寸法は、カバーと、第１ケース及び第２ケースの他方とによって画定されてもよい。

【0013】

本技術の一実施形態において、カバーは、第１空間に面する面において、凹凸形状を有してもよい。カバーが凹凸形状を有していると、カバーの剛性が高まり、それによってカバーの振動が抑制される。加えて、カバーの凹凸形状により、第１空間における共鳴周波数も様々に変化する。従って、空間共鳴の発生や、それに起因するノイズ音の増幅を効果的に抑制することができる。

【0014】

本技術の一実施形態において、カバーは、第２ケースに設けられてもよい。この場合、カバーと第２ケースの第２面との間には、第２電力変換回路を冷却するための冷却水路が画定されてもよい。

【0015】

本技術の一実施形態において、カバーは、その周縁において第２ケースに固定される複数の固定部を有してもよい。この場合、複数の固定部は、第１空間の外部に位置していてもよい。このような構成によると、複数の固定部よりも内側において、カバーを壁によって支持することができ、カバーに生じる振動を抑制することができる。

【0016】

本技術の一実施形態において、第１電力変換回路は、インバータ回路であってもよく、第２電力変換回路は、コンバータ回路であってもよい。

【実施例】

【0017】

図面を参照して、実施例の機電一体ユニット１０について説明する。機電一体ユニット１０は、例えば電気自動車、燃料電池車、ハイブリッド自動車等の電動車両に採用することができる。図１、図２に示すように、機電一体ユニット１０は、モータモジュール２０と、電力変換装置５０とを備え、それらが一体に構成されている。モータモジュール２０は、モータＭと、モータＭに接続された減速機Ｒとを内蔵する。モータＭには、バッテリ１６から電力変換装置５０を介して電力が供給される。モータＭが出力するトルクは、減速機Ｒを介して電動車両の車輪に伝達される。

【0018】

電力変換装置５０は、インバータモジュール３０と、コンバータモジュール４０とを含む。インバータモジュール３０は、インバータ回路１２と、インバータ回路１２を収容するインバータケース３２とを備える。コンバータモジュール４０は、コンバータ回路１４とコンバータ回路１４を収容するコンバータケース４２とを備える。インバータケース３２は、モータモジュール２０上に取り付けられている。コンバータケース４２は、インバータケース３２上に取り付けられている。このように、インバータケース３２とコンバータケース４２とは、モータモジュール２０上に重畳的に配置されている。ここで、本実施例におけるインバータケース３２は、本技術における第１ケースの一例であり、本実施例におけるコンバータケース４２は、本技術における第２ケースの一例である。

【0019】

モータＭは、インバータ回路１２及びコンバータ回路１４を介して、バッテリ１６に接続されている。コンバータ回路１４は、ＤＣ－ＤＣコンバータである。コンバータ回路１４は、バッテリ１６から供給された直流電力を昇圧して、インバータ回路１２へ出力する。インバータ回路１２は、三相交流のインバータ回路構造を有する。インバータ回路１２は、コンバータ回路１４から出力された直流電力を三相交流電力に変換して、モータＭへ出力する。

【0020】

図３に示すように、インバータケース３２は、例えば箱形状を有しており、コンバータケース４２側に位置する上面３２ａを有する。コンバータケース４２についても、例えば箱形状を有しており、インバータケース３２側に位置する下面４２ｂを有する。インバータケース３２の上面３２ａと、コンバータケース４２の下面４２ｂとは、互いに対向している。ここで、本実施例におけるインバータケース３２の上面３２ａは、本技術における第１ケースの第１面の一例であり、本実施例におけるコンバータケース４２の下面４２ｂは、本技術における第２ケースの第２面の一例である。

【0021】

インバータケース３２の上面３２ａには、穴３２ｈが設けられており、コンバータケース４２の下面４２ｂには、穴４２ｈが設けられている。インバータ回路１２とコンバータ回路１４とを接続するケーブルは、それらの穴３２ｈ、４２ｈを通過するように配置される。

【0022】

図３－図５に示すように、コンバータケース４２の下面４２ｂには、流路カバー４６が設けられている。流路カバー４６は、概して板部材である。特に限定されないが、流路カバー４６は、複数の固定部４８において、コンバータケース４２に取り付けられている。複数の固定部４８は、流路カバー４６の周縁４６ｅに沿って配置されている。各々の固定部４８は、例えばボルト等の締結部材を用いて、コンバータケース４２に固定されている。

【0023】

流路カバー４６の上面４６ａは、コンバータケース４２の下面４２ｂに対向している。流路カバー４６の上面４６ａと、コンバータケース４２の下面４２ｂとの間には、コンバータ回路１４を冷却するための冷却水路４７が画定されている。一方、流路カバー４６の下面４６ｂは、インバータケース３２の上面３２ａに対向している。流路カバー４６の下面４６ｂは、凹凸形状４６ｃを有する。これにより、流路カバー４６の剛性が高められている。

【0024】

コンバータケース４２の下面４２ｂには、複数の凸部４２ｃが設けられている。複数の凸部４２ｃは、流路カバー４６と対向する範囲に設けられており、冷却水路４７を複数に分割している。これにより、冷却水路４７を流れる冷媒が、冷却水路４７の全体に亘って広がりやすく、コンバータ回路１４を冷却する冷却性能が高められる。また、凸部４２ｃが存在することで、コンバータケース４２の剛性も高められている。

【0025】

インバータケース３２の上面３２ａと、コンバータケース４２の下面４２ｂとの間には、防音壁５４が設けられている。防音壁５４は、インバータケース３２の上面３２ａとコンバータケース４２の下面４２ｂとの間の空間を、取り囲むように設けられている。インバータケース３２の上面３２ａと、コンバータケース４２の下面４２ｂとが対向する方向（以降、高さ方向と称する）において、該空間の寸法は、防音壁５４の寸法と略等しい。但し、防音壁５４の寸法は、その製造誤差の範囲において、該空間の寸法よりも小さくてもよい。

【0026】

防音壁５４は、インバータケース３２に設けられた下側部分３４と、コンバータケース４２に設けられた上側部分４４とを含む。防音壁５４の下側部分３４は、インバータケース３２の上面３２ａへ一体に形成されており、コンバータケース４２に向けて上方に突出している。防音壁５４の上側部分４４は、コンバータケース４２の下面４２ｂへ一体に形成されており、インバータケース３２に向けて下方に突出している。インバータケース３２に設けられた防音壁５４の下側部分３４は、コンバータケース４２に設けられた上側部分４４又は流路カバー４６に対向している。なお、他の実施形態として、防音壁５４の少なくとも一部が、インバータケース３２及びコンバータケース４２から独立した別部材で構成されてもよい。あるいは、防音壁５４の少なくとも一部が、流路カバー４６の下面４６ｂへ一体に形成されてもよい。

【0027】

防音壁５４は、周壁３４ａ、４４ａと、分割壁３４ｂとを有する。周壁３４ａ、４４ａは枠形状を有しており、一巡するように設けられている。分割壁３４ｂは、周壁３４ａ、４４ａの内側に設けられており、周壁３４ａに取り囲まれた空間を、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とに分割している。一例ではあるが、本実施例における分割壁３４ｂは、インバータケース３２の上面３２ａに設けられており、特に、流路カバー４６に対向する範囲に設けられている。従って、第１空間Ｓ１については、インバータケース３２の上面３２ａと、流路カバー４６の下面４６ｂとの間に画定されている。一方、第２空間Ｓ２については、流路カバー４６の外側に位置しており、インバータケース３２の上面３２ａと、コンバータケース４２の下面４２ｂとの間に画定されている。

【0028】

本実施例の機電一体ユニット１０では、インバータ回路１２を収容するインバータケース３２と、コンバータ回路１４を収容するコンバータケース４２とが、モータモジュール２０上へ重畳的に取り付けられている。これにより、インバータケース３２の上面３２ａと、コンバータケース４２の下面４２ｂとが、互いに対向する構造となっている。このような構造であると、インバータケース３２の上面３２ａと、コンバータケース４２の下面４２ｂとの間において、空間共鳴が生じるおそれがある。この場合、モータモジュール２０からの振動に起因するノイズ音が、空間共鳴によって過度に増幅されることがある。

【0029】

上記の点に関して、本実施例の機電一体ユニット１０では、インバータケース３２の上面３２ａと、コンバータケース４２の下面４２ｂとの間に、防音壁５４が設けられている。防音壁５４は、インバータケース３２の上面３２ａとコンバータケース４２の下面４２ｂとの間の空間の少なくとも一部を、取り囲むように設けられている。このような構成によると、二つのケース３２、４２の間で空間共鳴が生じたとしても、そのノイズ音が外部へ漏洩することを防音壁５４によって抑制することができる。これにより、機電一体ユニット１０から発生するノイズ音を、有意に低減することができる。

【0030】

本実施例の機電一体ユニット１０では、防音壁５４の下側部分３４が、インバータケース３２の上面３２ａへ一体に設けられており、防音壁５４の上側部分４４が、コンバータケース４２の下面４２ｂへ一体に設けられている。このような構成によると、インバータケース３２の上面３２ａ及びコンバータケース４２の下面４２ｂの各剛性がそれぞれ高められ、それらの間における空間共鳴をより効果的に抑制することができる。

【0031】

本実施例の機電一体ユニット１０では、防音壁５４が、インバータケース３２とコンバータケース４２との間で一巡する周壁３４ａ、４４ａと、周壁３４ａ、４４ａに取り囲まれた空間Ｓ１、Ｓ２を第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とに分割する分割壁３４ｂとを有する。このような構成によると、防音壁５４に囲まれた空間Ｓ１、Ｓ２が細分化されることで、二つのケース３２、４２の間で生じる空間共鳴や、それに起因するノイズ音の漏洩を、効果的に抑制することができる。

【0032】

本実施例の機電一体ユニット１０では、第１空間Ｓ１の高さ寸法（高さ方向における寸法）が、第２空間Ｓ２の高さ寸法よりも小さい。即ち、第１空間Ｓ１の高さ寸法は、インバータケース３２の上面３２ａから、流路カバー４６の下面４６ｂまでの距離に等しい。一方、第２空間Ｓ２の高さ寸法は、インバータケース３２の上面３２ａから、コンバータケース４２の下面４２ｂまでの距離に等しい。これまでの説明から明らかなように、流路カバー４６の下面４６ｂから、流路カバー４６の下面４６ｂまでの距離は、インバータケース３２の上面３２ａから、コンバータケース４２の下面４２ｂまでの距離よりも小さい。従って、第１空間Ｓ１の高さ寸法は、第２空間Ｓ２の高さ寸法よりも小さくなる。このように、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間で高さ寸法が互いに異なると、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２との間で共鳴周波数が互いに相違する。これにより、空間共鳴の発生や、それに起因するノイズ音の増幅を抑制することができる。

【0033】

本実施例の機電一体ユニット１０では、流路カバー４６の下面４６ｂが、凹凸形状４６ｃを有している。前述したように、流路カバー４６が凹凸形状４６ｃを有していると、流路カバー４６の剛性が高まることから、流路カバー４６の振動が抑制される。加えて、流路カバー４６の凹凸形状４６ｃにより、第１空間Ｓ１における高さ寸法が様々に変化することで、第１空間Ｓ１における共鳴周波数も様々に変化する。これにより、空間共鳴の発生や、それに起因するノイズ音の増幅を効果的に抑制することができる。但し、流路カバー４６の下面４６ｂは、凹凸形状４６ｃを有さなくてもよい。

【0034】

本実施例の機電一体ユニット１０では、流路カバー４６が、複数の固定部４８において、コンバータケース４２に取り付けられている。そして、複数の固定部４８は、第１空間Ｓ１の外部に位置している。このような構成によると、複数の固定部４８よりも内側において、流路カバー４６を壁３４ｂによって支持することができ、流路カバー４６に生じる変形や振動を抑制することができる。但し、他の実施形態として、複数の固定部４８の少なくとも一部が、第１空間Ｓ１の内部に位置してもよい。

【0035】

本実施例の機電一体ユニット１０では、防音壁５４が、多重に設けられてもよい。これにより、機電一体ユニット１０が発生するノイズ音をさらに抑制することができる。

【0036】

但し、第１空間Ｓ１及び第２空間Ｓ２は、上記した構成に限定されず、高さ方向において、第１空間Ｓ１の寸法と第２空間Ｓ２の寸法が略等しくてもよい。この場合、コンバータケース４２の流路カバー４６は、第１空間Ｓ１と第２空間Ｓ２とに亘って延びていてもよいし、機電一体ユニット１０に流路カバー４６が設けられていなくてもよい。あるいは、流路カバーは、インバータケース３２の上面３２ａに設けられていてもよい。

【0037】

以上、本明細書が開示する技術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、又は、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、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の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】

【0038】

１０：機電一体ユニット
１２：インバータ回路
１４：コンバータ回路
２０：モータモジュール
３０：インバータモジュール
３２：インバータケース
３２ａ：上面
３４：下側部分
３４ａ：周壁
３４ｂ：分割壁
４０：コンバータモジュール
４２：コンバータケース
４２ｂ：下面
４４：上側部分
４４ａ：周壁
４６：流路カバー
４６ｃ：凹凸形状
４６ｅ：周縁
４７：冷却水路
４８：固定部
５０：電力変換装置
５４：防音壁
Ｍ：モータ
Ｒ：減速機
Ｓ１：第１空間
Ｓ２：第２空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】