JP7635288B2 - 冷却水配管の配置構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される冷却水配管の配置構造に関し、特に車両の衝突時に冷却水配管を効果的に保護することが可能な冷却水配管の配置構造に関する。

近年、低炭素社会又は脱炭素社会の実現に向けた取り組みが活発化し、車両においてもＣＯ２排出量の削減やエネルギー効率の改善のために、電動化技術に関する研究開発が行われている。

一般に、駆動用の電動モータと、電力変換装置としてのインバータを搭載する電動車両やハイブリッド車両においては、作動時に発熱するモータやインバータを冷却するために、モータルームの前方にラジエータ等の冷却装置を設置し、モータやインバータと冷却装置を冷却水配管で接続し、冷却装置で冷却された冷却水を冷却水配管を通して循環させる構成が用いられている。

こうした電動車両又はハイブリッド車両においては、車両の衝突時に重要な部品やユニットを適切に保護するために様々な対策が取られている。例えば特許文献１では、モータ制御装置等を含む駆動ユニットと、駆動ユニットの前方に配置された冷却装置と、を接続する１対の冷却水配管において、駆動ユニットの前面に接続される配管基部と、配管基部から前方に延びる第１直線部と、第１直線部から下方に屈曲する屈曲部と、屈曲部から下方に延びる第２直線部と、を備え、第２直線部を、前方から見て車幅方向に位置をずらして配置するとともに、下方に向かうに従って間隔が広がるように配置する構成が開示されている。これにより、車両の前方からの衝突時に、１対の冷却水配管が冷却装置等の干渉体と広範囲に当接することで、干渉体が直接的に駆動ユニットに当接することを防止している。

特開２０２０－２０３５４５号公報

特許文献１では、車両の衝突時に、車両の駆動源となるモータや、高電圧が掛かるインバータを保護するための技術が開示されている一方で、冷却水配管の保護については十分に考慮されていない。しかしながら、冷却水配管の破損により冷却水が漏出した場合、モータやインバータの冷却が不可能となることでこれらの機器が高温化し、車両が走行不能になる等のリスクがある。したがって、車両の衝突時に冷却水配管を効果的に保護することが求められている。

図４は、モータ、インバータ及びギヤボックスを一体化したｅＡｘｌｅ（ｅアクスル）ユニットと冷却水配管の従来例を示す側面図である。図中、Ｆｒで示す方向が車両の前方であり、Ｒｒで示す方向が車両の後方である。また、Ｕで示す方向が車両の上方であり、Ｄで示す方向が車両の下方である。この従来例では、出力軸が車両の左右方向（幅方向）を向くように配置されたモータ４１の左右方向に隣接して（図中の奥行き側に）ギヤボックス４２が配置されており、モータ４１の上方にインバータ４３が配置されている。また、モータ４１の前側の上部には、モータ４１の内部に設けられた冷却水流路と接続する冷却水配管４４（接続部のみを図示）が前方に突出するように設けられている。また、モータ４１の上部には、ｅＡｘｌｅユニットの移動時の吊り点となる環状の突出部４５が設けられている。

この従来例では、モータ４１、ギヤボックス４２、及びインバータ４３は、高い剛性を有するケースによって保護されている一方で、冷却水配管を保護するための対策は取られていない。そのため、車両が前方から衝突した際、冷却水配管４４がモータ４１の前方に配置されたラジエータ等の装置（不図示）や、車両のフロントバルクヘッドやバンパービームなどの構造（いずれも不図示）に挟まれ破損する可能性が高くなるという課題がある。また、ｅアクスルユニットの前面に突出部４５のような突起形状を有しているため、衝突時の荷重が突出部４５の付近に集中することで、突出部４５の周囲のケースが破損しやすい構造となっている。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、車両の前方からの衝突時に、冷却水配管を衝突荷重から効果的に保護し、破損を防止することができる冷却水配管の配置構造を提供することを目的とする。そして、延いてはエネルギー効率の改善に寄与するものである。

この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、出力軸１１ａが車両の左右方向を向くように配置されたモータ１１と、モータ１１の略直上又は略直下に配置されるインバータ１２と、モータ１１及び／又はインバータ１２を冷却するための冷却水が流れる冷却水配管１３と、を備える車両における冷却水配管の配置構造１であって、車両の前後方向において、モータ１１の最前面の位置とインバータ１２の最前面の位置が略揃うように配置され、モータ１１とインバータ１２の上下方向の隙間の空間Ｓに冷却水配管１３が配置されることを特徴とする。

この冷却水配管の配置構造においては、出力軸が車両の左右方向（幅方向）を向くように配置されたモータの略直上又は略直下にインバータが配置されるため、上下に並んだモータとインバータの間に隙間の空間が生じ、その空間内に冷却水配管が配置される。そして、モータの最前面の位置とインバータの最前面の位置が略揃うように配置されているので、車両の前方からの衝突の際、モータ前方の構造や装置から伝播した衝突荷重は、その大部分が、最前面の位置が略揃えられたモータ及びインバータへと伝わる。したがって、モータとインバータの間の隙間の空間に配置された冷却水配管に対する衝突荷重の入力は大幅に緩和されるので、冷却水配管を効果的に保護し、破損を防止することができる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の冷却水配管の配置構造において、モータ１１は、側面視において略円形状を有し、インバータ１２は、側面視において略長方形状を有し、隙間の空間Ｓは、モータ１１の最前面とインバータ１２の最前面の近傍に形成されることを特徴とする。

この構成によれば、モータは、側面から見た形状が略円形状を有し、インバータは、側面から見た形状が略長方形状を有しているので、モータとインバータのそれぞれの最前面の位置が略揃うように配置した場合、上下方向に並んだモータとインバータの間で、モータの最前面及びインバータの最前面の近傍から車両の後方側に拡がりを有するように隙間の空間が形成される。そして、このような隙間の空間に冷却水配管が配置されるので、冷却水配管を、モータ及びインバータの最前面よりも後方に配置することができ、車両の前方からの衝突の際、発生した衝突荷重は冷却水配管に伝わり難くなる。したがって、衝突の際、冷却水配管に対する衝突荷重の入力が大幅に緩和されるので、冷却水配管を効果的に保護し、破損を防止することができる。また、衝突によりモータやインバータの前方に配置された装置や構造が変形した場合であっても、これらの装置や構造が直接、冷却水配管に接触する可能性を小さくすることができ、冷却水配管をより効果的に保護することができる。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載の冷却水配管の配置構造において、冷却水配管１３は、モータ１１及び／又はインバータ１２の内部に設けられた冷却水流路と接続するための接続部１３ａを有し、接続部１３ａは、隙間の空間Ｓに配置されることを特徴とする。

この構成によれば、モータ及び／又はインバータの内部に設けられた冷却水流路と接続するための接続部が、モータとインバータの上下方向の隙間の空間に配置されるので、車両の前方からの衝突の際、発生した衝突荷重は接続部に伝わり難くなる。したがって、衝突の際、冷却水配管の接続部に対する衝突荷重の入力が大幅に緩和されるので、冷却水配管を効果的に保護し、破損を防止することができる。

本発明の請求項４に係る発明は、請求項１に記載の冷却水配管の配置構造において、車両は、冷却水を冷却するためのラジエータ３１と、ラジエータ３１を冷却するためのラジエータファンと、ラジエータファンを駆動するためのファンモータ３３と、を更に備え、ファンモータ３３は、車両の前後方向において、隙間の空間Ｓに配置された冷却水配管２３の前方に配置されることを特徴とする。

この構成によれば、ラジエータファンの駆動用のファンモータが、隙間の空間に配置された冷却水配管の前方に配置される。一般に、ファンモータは金属製で剛性が高く、前方からの衝突の際にも潰れずに残ることが多いため、このような位置関係でファンモータを配置することにより、ファンモータが冷却水配管に対する保護構造として機能する。すなわち、衝突の際、ファンモータは衝突荷重によっても変形せずにその形状を維持する可能性が高いため、ファンモータが受けた衝突荷重は、冷却水配管よりも前方に位置し、よりファンモータとの距離が近いモータやインバータの最前面に伝わりやすくなる。したがって、衝突の際、冷却水配管に対する衝突荷重の入力が更に大幅に緩和されるので、冷却水配管をより効果的に保護し、破損を防止することができる。

本発明の請求項５に係る発明は、請求項１に記載の冷却水配管の配置構造において、モータ１１の最前面及びインバータ１２の最前面には、前方に突出する突起形状が設けられていないことを特徴とする。

この構成によれば、モータ及びインバータの最前面には前方に突出する突起形状が設けられていないため、こうした突起形状が設けられている場合と比較して、衝突時の荷重が特定箇所に集中することを回避することができ、荷重の受け面が広くなることで荷重を分散させることができる。これにより、衝突の際のモータやインバータのケースの破損を抑制することができる。また、モータやインバータの破損が抑制されることにより、モータとインバータの隙間の空間に配置された冷却水配管をより効果的に保護し、破損を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る冷却水配管の配置構造を概略的に示す正面図である。 図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。 本発明の別の実施形態に係る冷却水配管の配置構造を概略的に示す図であり、（ａ）はモータ及びインバータとラジエータの位置関係を示す側面図であり、（ｂ）は冷却水配管とファンモータの位置関係を示す正面図である。 冷却水配管の配置構造の従来例を概略的に示す側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の冷却水配管の配置構造について好ましい実施形態を詳細に説明する。以下に説明する構成は本発明の一例であり、本発明はこれに限定されない。

なお、以下の説明において、前後、左右、上下は、車両の操縦者から見た方向に従い記載し、図面においては、車両の前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤとして示している。

図１は、本発明の一実施形態に係る冷却水配管の配置構造１を概略的に示す。本実施形態の冷却水配管の配置構造１は、不図示の電動車両に駆動源として搭載されるモータ１１と、不図示のバッテリからの電力を変換してモータ１１に印加することによりモータ１１の駆動を制御するインバータ１２と、モータ１１から発生する動力を変速するためのギヤボックス１４と、をパッケージ化したｅＡｘｌｅ（ｅアクスル）において、作動時に発熱するモータ１１又はインバータ１２を冷却するための冷却水の循環路を構成する冷却水配管１３を保護するための配置構造である。

主にモータ１１、インバータ１２、ギヤボックス１４からなるｅアクスルは、車両の車室の前方に不図示のダッシュパネルにより区画形成されたフロントルーム内に搭載される。フロントルームは、フロントバルクヘッドや車体フレームによって囲まれた空間であり、ｅアクスルの他、不図示のラジエータ等を格納する。

モータ１１は、例えば三相交流モータであり、バッテリから供給される電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、不図示の車輪を回転駆動するための動力を提供する。図２は、図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。同図に示すように、モータ１１は、その出力軸１１ａが車両の左右方向を向くように配置される。また、モータ１１には、冷却水が流れるための冷却水流路（不図示）が内部に設けられている。

インバータ１２は、例えば三相インバータであり、バッテリから供給される直流電流を任意周波数の交流電流に変換してモータ１１に印加することにより、モータ１１の回転数やトルクを制御する。図１及び図２に示すように、インバータ１２は、モータの略直上に配置される。

ギヤボックス１４は、モータ１１の出力軸に設けられたドライブギヤと噛合する変速機であり、モータ１１から取り出したトルクや回転数を、走行条件に応じて増減させて車輪に伝達する。図１に示すように、ギヤボックス１４は、モータ１１の左右方向に隣接して配置される。

冷却水配管１３は、内部を冷却水（冷媒）が循環する管状の流路であり、いわゆるパイプ、チューブ、ホース等を含み、材質は樹脂、ゴム、又は金属のいずれであってもよい。また、冷却水配管１３の他の装置との接続部は、より剛性が高い素材で構成されることが好ましく、例えば金属、硬質樹脂、繊維強化プラスチック等で構成され得る。本実施形態では、冷却水配管１３は、接続部１３ａを介してモータ１１の内部に設けられた冷却水流路と接続している。なお、各図において、冷却水配管１３は接続部１３ａのみを示し、他の配管部分は図示省略している。

冷却水配管１３は、不図示のラジエータと接続している。冷却水配管１３を流れる冷却水は、ラジエータのラジエータコアを通過する際に、走行風又はラジエータファン（不図示）により生じた気流により冷却され、冷却された冷却水は、接続部１３ａを介してモータ１１内の冷却水流路へと流れ、その際にモータ１１で生じた熱を奪うことでモータ１１を冷却する。モータとの熱交換により高温化した冷却水は、再度、冷却水配管１３を通って循環し、ラジエータを通過する際に冷却される。

以下、本実施形態におけるモータ１１及びインバータ１２と冷却水配管１３の位置関係を詳細に説明する。図２に示すように、上下方向に並んだモータ１１とインバータ１２の間には、デッドスペースとなり得るような隙間の空間Ｓが形成されている。本実施形態の冷却水配管１３の接続部１３ａは、この隙間の空間Ｓ内に配置されている。

モータ１１とインバータ１２のそれぞれの最前面の位置は、破線Ｌ１の付近でほぼ揃うように配置されている。そのため、車両が前方から衝突した際、衝突点からｅアクスルの前方に配置された装置や構造に伝播した衝突荷重は、前後方向の位置がほぼ揃ったモータ１１の最前面及びインバータ１２の最前面によって受け止められることとなり、冷却水配管１３及び接続部１３ａへの衝突荷重の入力を大幅に緩和することができる。

特に、本実施形態において、モータ１１は、側面視において略円形状を有し、インバータ１２は、側面視において略長方形状を有しているので、隙間の空間Ｓは、上下方向に並んだモータ１１とインバータ１２の間で、モータ１１の最前面及びインバータ１２の最前面の近傍から車両の後方側に拡がりを有する。したがって、冷却水配管１３及び接続部１３ａを、モータ１１及びインバータ１２の最前面よりも後方に配置することができるので、前方から伝わる衝突荷重が冷却水配管１３及び接続部１３ａに伝播することをより効果的に抑制することができる。また、衝突によりｅアクスル前方の装置や構造が変形した場合であっても、これらの装置や構造が直接、冷却水配管１３及び接続部１３ａに接触する可能性を小さくすることができ、冷却水配管１３をより効果的に保護することができる。

また、本実施形態においては、モータ１１及びインバータ１２の最前面の近傍において、図４に示した従来例に見られたような突出部４５や、その他の前方に大きく突出するような形状を有していない。そのため、車両の前方からの衝突の際に、荷重が特定箇所に集中することを回避することができる。また、前方に大きく突出する形状を有さないことにより、衝突荷重の受け面が広くなることで荷重を分散させることができる。これにより、衝突の際のモータ１１やインバータ１２のケースの破損を抑制することができる。また、モータ１１やインバータ１２の破損を抑制することにより、隙間の空間Ｓも保たれやすくなることとなり、冷却水配管１３をより効果的に保護することができる。

続いて、図３を参照して、本発明の第２実施形態に係る冷却水配管の配置構造について説明する。第２実施形態におけるモータ２１及びインバータ２２、並びに冷却水配管２３及び接続部２３ａの構造及び位置関係は、上述した実施形態におけるモータ１１及びインバータ１２、並びに冷却水配管１３及び接続部１３ａと同様であるため、説明は省略する。第２実施形態では、モータ２１及びインバータ２２の前方に配置されるラジエータ３１の配置に特徴を有する。以下、具体的に説明する。

図３は、第２実施形態に係る冷却水配管の配置構造を概略的に示す。図３（ａ）は、モータ２１及びインバータ２２とラジエータ３１の位置関係を示し、図３（ｂ）は、冷却水配管２３とラジエータ３１のファンモータ３３の位置関係を示す。なお、図３（ｂ）においては、ファンモータ３３の位置の理解を容易とするため、ラジエータ３１、ラジエータファン、及びファンケース３２の図示を省略している。

図３（ａ）に示すように、この実施形態では、モータ２１及びインバータ２２の前方に、モータ２１及びインバータ２２に対向するようにラジエータ３１が設けられる。このラジエータ３１は、上述したラジエータと同様に、冷却水配管２３と接続し、ラジエータコアを通過する冷却水を走行風又はラジエータファン（不図示）により生じる気流によって冷却するものである。

ラジエータファンは、ラジエータ３１に組付けられたファンケース３２の内側に配置され、ラジエータ３１とモータ２１及びインバータ２２の間の空間に配置される。ラジエータファンの中心部には、不図示のバッテリからの電力供給を受けてラジエータファンを駆動するファンモータ３３が備えられている。ファンモータ３３は高い剛性を有する材料で形成され、好ましくは金属製である。ラジエータ３１は、ファンモータ３３が、モータ２１とインバータ２２の隙間の空間に配置された冷却水配管２３の接続部２３ａの前方に配置されるように位置を調整されている。また、ファンモータ３３は、車両の衝突の際にファンモータ３３が大きく塑性変形するのに十分なクラッシュストロークが確保されない程度に、モータ２１及びインバータ２２と前後方向において近接するような位置関係で配置される。

このようにファンモータ３３を配置することにより、車両の前方からの衝突の際、ファンモータ３３が冷却水配管２３に対する保護構造として機能する。すなわち、金属製で高剛性のファンモータ３３は、クラッシュストロークが確保されない程度にモータ２１及びインバータ２２に近接して設けられているので、衝突の際、ファンモータ３３は変形せずにその形状を維持する可能性が高くなる。これにより、ファンモータ３３が受けた衝突荷重は、冷却水配管２３よりも前方に位置し、よりファンモータ３３と近接するモータ２１やインバータ２２の最前面に伝わりやすくなる。したがって、衝突の際の冷却水配管２３に対する衝突荷重の入力がより大きく緩和されるので、冷却水配管２３をより効果的に保護し、破損を防止することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、モータの内部の冷却水流路と接続する冷却水配管を例示して説明したが、冷却水配管は、インバータやその他の装置を冷却するためのものであってもよい。

また、実施形態では、インバータがモータの略直上に配置される例について説明したが、インバータがモータの略直下に配置される構成であってもよい。また、実施形態では、駆動源としてモータのみを用いる電動車両に本発明の冷却水配管の配置構造を適用する構成としたが、駆動源としてモータと内燃機関を併用するハイブリッド車用に本発明の冷却水配管の配置構造を適用してもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１…冷却水配管の配置構造
１１，２１…モータ
１１ａ…出力軸
１２，２２…インバータ
１３，２３…冷却水配管
１３ａ，２３ａ…接続部
３１…ラジエータ
３３…ファンモータ
Ｓ…隙間の空間

Claims (5)

1. 出力軸が車両の左右方向を向くように配置されたモータと、前記モータの略直上又は略直下に配置されるインバータと、前記モータ及び／又は前記インバータを冷却するための冷却水が流れる冷却水配管と、を備える車両における冷却水配管の配置構造であって、
   前記車両の前後方向において、前記モータの最前面の位置と前記インバータの最前面の位置が略揃うように配置され、
   前記モータと前記インバータの上下方向の隙間の空間に前記冷却水配管が配置される
   ことを特徴とする、冷却水配管の配置構造。
2. 前記モータは、側面視において略円形状を有し、
   前記インバータは、側面視において略長方形状を有し、
   前記隙間の空間は、前記モータの前記最前面と前記インバータの前記最前面の近傍に形成される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の冷却水配管の配置構造。
3. 前記冷却水配管は、前記モータ及び／又は前記インバータの内部に設けられた冷却水流路と接続するための接続部を有し、
   前記接続部は、前記隙間の空間に配置される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の冷却水配管の配置構造。
4. 前記車両は、冷却水を冷却するためのラジエータと、前記ラジエータを冷却するためのラジエータファンと、前記ラジエータファンを駆動するためのファンモータと、を更に備え、
   前記ファンモータは、前記車両の前後方向において、前記隙間の空間に配置された前記冷却水配管の前方に配置される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の冷却水配管の配置構造。
5. 前記モータの前記最前面及び前記インバータの前記最前面には、前方に突出する突起形状が設けられていないことを特徴とする、請求項１に記載の冷却水配管の配置構造。