トヨタ プリウスはエンジンと電動モーターを使うハイブリッドカーですが、そのシステムに重要な部品としてインバーターがあります。
今回はそんなプリウスのインバーターについて御説明します。
プリウスのインバーターとは？
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トヨタ プリウスは世界初の量産型ハイブリッドカーで、非常に高い燃費性能を誇る車です。
プリウスが初めて登場したのは1997年になりますが、それ以前にはハイブリッドカーという車種は研究段階の車しか無く、市販車として初めて市場に登場したのがプリウスとなります。
プリウスにはガソリンエンジンと電動モーターという2種類の動力源が搭載されていて当初は無駄が多いなどとも言われていましたが、実際のプリウスの燃費性能の高さは当時の世界中のどの車種よりも優れていました。
現在ではプリウスの成功から世界中のメーカーがハイブリッドカーを手がけるようになっていますが、その中でも最新型のプリウスは相変わらずハイブリッドカーでは世界トップクラスの燃費性能を持っています。
そんなプリウスにはエンジンとモーターを併用するための非常に複雑なハイブリッドシステムが搭載されており、このハイブリッドシステムこそが燃費改善の心臓部と言えます。
ハイブリッドシステムは主に4つの部分に分かれており、ガソリンエンジン、電動モーター、インバーター、駆動用バッテリーで構成されます。
更にそこにDC-DCコンバーターという部品が組み合わさり、プリウス全体の電源システムを構成しています。
今回ご紹介するインバーターはこの中でもかなり重要な部品であり、主に次のような働きがあります。
プリウスのインバーターとは
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インバーター（Inverter）とは家電製品などにも使われる電源回路の一種で、自動車専用の部品ではなく電気製品全般に大小様々なインバーターが使われています。
インバーターは別名「逆変換装置」などとも呼ばれているのですが、主に交流電流を扱う機器で使用されます。
インバーターの役割は簡単にいうとある周波数の交流電源を作り出す装置で、直流電源から交流電源を作り出したり、または交流電源から別の周波数を持つ交流電源を作り出します。
その用途はさまざまですが、家電製品だと例えば洗濯機やエアコン、冷蔵庫、電子レンジなど主要な製品に使われているほか、身近なものでは電車の動力回路にも使用されています。
今回ご紹介するプリウスのインバーターは主にプリウスの電動モーター用のインバーターとなり、電力の流れとしてはプリウスの電力をためておく駆動用バッテリーと電動モーターの間になる部品です。
プリウスの駆動用バッテリーは直流バッテリーなのですが、電動モーターが交流式モーターのため、直流電源（DC）と交流電源（AC）を切り替える「DC-ACインバーター」となっています。
プリウスのインバーターは家電製品や産業用のものとは違って完全にハイブリッドカー専用の設計となっていますが、基本的な働きは変わりません。
なおプリウスに搭載されているDC-DCコンバーターも広義ではインバーターの一種ですが、今回はDC-ACインバーターのほうをご説明します。
インバーターの必要性
プリウスになぜインバーターが必要なのかというと、車の動力源のモーターに交流モーターを使っているためです。
| ハイブリッドシステム | 部品説明 | 電源 |
| 電動モーター | 走行および発電に使われるモーター | 交流 |
| インバーター | 直流-交流(3相交流)の変換システムで、交流モーターの回転制御や充電時の変換を行う。 | 直流-交流 |
| 駆動用バッテリー | ハイブリッドシステム専用の大型バッテリー。リチウムイオン式やニッケル水素式の充電池 ただしバッテリー自体は直流バッテリーである。 | 直流 |
電動モーターには大きく分けて直流モーターと交流モーターの2種類があるのですが、それぞれメリットとデメリットがあり自動車用としては交流モーターが主流となっています。
交流モーターはその名の通り交流電源を使ったモーターですが、プリウスに使われているのは「3相交流モーター」というモーターです。
この3相交流モーターは3つのずらした位相を持つ交流電流でモーター回転を制御するシステムで、出力の高さと回転制御の細かさ、耐久性の高さなどがあり、長い年月で非常にに長距離を走り切る自動車用には交流モーターが最適なのです。
しかしそのモーターを駆動させるための電源は一般家庭や工場ならばコンセントからつながる交流電源を使用するのですが、電源のない自動車では車に搭載されている大型の充電式バッテリーを使用します。
充電式のバッテリーにはさまざまな方式がありますがその構造的に直流電源しか扱えないものであり、プリウスに搭載されているニッケル水素バッテリーやリチウムイオンバッテリーも直流バッテリーです。
そのため充電バッテリーから交流モーターに電源を供給するためには必ずインバーターが必要となり、プリウスのハイブリッドシステムにも必須の存在です。
インバーターの役割
プリウスのインバーターには大きく分けて2つの役割があり、どちらもハイブリッドシステムに非常に重要な役割です。
まず1つめの役割は前述でご紹介した直流電源と交流電源の変換で、これにはスイッチング回路という回路が使われます。
交流電源はプラスとマイナスの電流が交互に流れる電源なのですが、一方方向しかない直流電源をプラスとマイナスに振り分けて擬似的な交流電源を生み出しています。
またプリウスのハイブリッドシステムではバッテリーの電源でモーター駆動をするだけでなく、逆に発電用のモーターからバッテリーへの充電を行うこともあり、この際の交流から直流への変換も行っています。
もう１つはインバーターで交流モーターの回転制御を行うことで、とくに速度の加減速がある自動車では重要な役割です。
プリウスに使われる3相交流モーターは位相のずれた3つの交流電流を適切に流す必要があり、そのコントロールをインバーターでの交流電源変換時に同時に行っています。
ハイブリッドシステムにはドライバーのアクセル操作にあわせてモーターの回転制御を行うシステムがありこれで車の速度を調節しているのですが、その役割をインバーターが担っています。
なおプリウスにはモーターと一緒にガソリンエンジンも搭載されていますが、インバーターが制御しているのはあくまで電動モーターのみであり、ガソリンエンジンの出力や回転数制御は従来の車と同じくECU（エンジンコントロールユニット）という別のコンピューターで行っています。
プリウスのインバーターの寿命
プリウスのインバーターはハイブリッドシステムの中ではかなり負荷の大きなシステムであり、その寿命が来るのははハイブリッドシステムの中では比較的の早めの部品です。
インバーターの寿命と一口にいってもある決まった期間で故障するわけではなく、寿命が来て故障する期間はかなりのバラツキがあります。
ですが自動車の部品にはそれぞれ設計段階で決められている耐久性があり、車の保証期間などもそれを元に決定されています。
プリウスの場合にはトヨタが保証期間を決めており、一般部品は「新車から3年または走行距離60,000km」、特別保証部品は「新車から5年または走行距離100,000km」までとなっています。
この期間内であれば対象の部品が故障しても基本的には無償修理が適用され、それ以降は有償修理となっています。
ハイブリッドシステムはこの区分けでは特別保証部品となり、インバーターもここに含まれています。
この期間内であれば基本的にはインバーターは故障することはなく、期間を少し過ぎてもすぐに壊れるようなものではありません。
しかしインバーターの場合はとくに走行距離での影響が大きい部品であり、年式が新しくても走行距離が100,000kmを超えたらいつ寿命を迎えてもおかしくないと考えておいたほうが良いでしょう。
プリウスのインバーターの故障
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プリウスのインバーターは故障するときには主に内部の電子部品の故障が原因で、とくに前兆もなく故障する部品です。
インバーター故障の原因
プリウスのインバーターは走行中に常に働いている部品であり、その負荷から内部の部品が故障することが原因となります。
プリウスのインバーターはプリウスの走行中には常に動いているシステムであり、車の発進時や低速走行時にはモーターへの電力供給と制御を行います。
高速走行時には走行のメインはエンジンとなりますが、減速時や下り坂を下る際には発電機で発電を行っており、その際のバッテリーへの直流電流の作成もインバーターです。
加えてプリウスはそのシステム電圧が200V以上の高電圧システムであり、扱う電力がそもそも大きいのです。
そのためプリウスのインバーターでは稼働時に非常に大きな熱が発生しており、その熱は水冷システムで冷却されています。
ですが長期間使用した際にそういった負荷や熱の影響で内部の電子部品などが故障することがあり、コンデンサーや半導体、絶縁部などの内部破損が起こります。
インバーターの内部がどこか故障するとインバーター全体が機能不全になり、ハイブリッドシステムが停止します。
インバーター故障での影響
プリウスのシステムは常にハイブリッドシステムの故障をモニターしているのでインバーター内部で不具合が起こった際にはすぐに検知できるようになっており、車は自動的に走行停止となります。
プリウスのハイブリッドシステムには様々箇所のフェールセーフシステムが組み込まれており、インバーターの故障時にもすぐに検知されます。
インバーター内部の故障であってもシステム的にはハイブリッドシステムの故障として検知され、ドライバーにハイブリッドシステムの故障を伝える「ハイブリッドシステムチェック」がスピードメーターなどを表示するディスプレイに表示されます。
これが点灯しただけでは必ずしもインバーターの故障ではないのですが、ハイブリッドシステムの中ではインバーターの故障の割合が多いので疑っても良いでしょう。
またハイブリッドシステムチェックが点灯するとプリウスは走行を自動的に停止するようになっており、エンジンやモーターがカットされて走行中にスローダウン状態となります。
ドライバーはその間慌てずに路肩などに車を停車することに努め、基本的に停車後には自走できない状態です。
ですのでドライバーはディーラーや保険会社、JAFなどに連絡を取り車の陸送などを手配することになり、ディーラーの工場に搬送して修理を待つことになるでしょう。
このハイブリッドシステムの故障は前触れもなく突然起こるため事前に察知するのは難しいのですが、プリウスで車の走行距離が100,000km付近もしくは超えていたらいつこういった自体が起こるかわからないと考えておきましょう。
プリウスのインバーターの交換
プリウスのインバーターが故障した際には修理しなければ再度車を走行させることができませんが、その修理は基本的にインバーター全体の部品交換となります。
車の部品はこれまでさまざまな箇所の故障があるのですが、その多くは修理にも対応できるような構造となっておりあまりに致命的なダメージでなければ車が廃車となることはありません。
その最たるものが車の動力源であるエンジンですが、エンジンは非常に複雑な構造をしている部品の集合体であり、年式が古くなってきたり走行距離が増えてきたりすると故障が増えてきます。
その際エンジンから故障した部品を取り外して内部を修理したり部品交換をすることでエンジンが再度動くようになるのですが、ハイブリッドシステムであるインバーターに関してはそういった内部修理は基本的に不可能となっています。
インバーターはそれまでの車の部品であるエンジンなどの機械部品と違って、電気部品や電子部品の技術で構成された部品です。
技術的には部品交換なども不可能ではありませんが、トヨタではプリウスのインバーター全体のASSY交換を基本としており、内部部品の故障その他のインバーターのトラブルの保証は全体の交換のみとなっています。
しかしプリウスのインバーターは非常に高額な部品であり部品交換で200,000円前後の費用が必要になってくるため、走行距離が増えたり年式が古くなっていることもあってインバーターの故障をきっかけに修理は行わずに車の乗り換えをする方も少なくありません。
なお民間の自動車修理工場などでは近年プリウスのインバーターの内部修理をするところも出てきており、中古品を整備したリビルドのインバーターを新品より安価に交換出来るようにもなってきています。
しかしこれはあくまで民間での作業でありトヨタの保証の範囲外でもあるため、その後に起きた不具合などでメーカーであるトヨタの修理が受けられなくなる可能性もあります。
プリウスのインバーターのメンテナンス
プリウスのハイブリッドシステムを少しでも長持ちさせるためにインバーターのメンテナンスを考える方もいらっしゃるかもしれませんが、基本的にインバーターなどのハイブリッドシステム部品は個人でのメンテナンスで大きく耐久性に影響が出ることはありません。
インバーターの故障の原因となる電子部品などの内部破損は、その大本の原因の大半はインバーター内部で発生する熱にあります。
直流-交流の変換や周波数制御にはそれに伴って多大な熱損失が発生しており、プリウスのインバーターのはそれを冷却水による水冷システムで冷却しています。
この水冷システムは従来のエンジンなどに使われているものと同じで、ポンプで冷却水を車前方のラジエーターに循環させ、走行風で冷却させるシステムです。
そのためインバーターを長持ちさせるためのメンテナンスはこの冷却水にかかっており、冷却水の水量が決められたレベルに収まっていればそれ以上のメンテナンスは必要ありません。
もちろん冷却水には水道の水などではなく決められたプリウス専用のクーラント液があり、違ったものを使うとそれが故障の原因になります。
またメンテナンスで個人でインバーターの内部を分解するなどもやめたほうがよく、分解した時点でトヨタの保証外となるので無償修理も受けられません。
インバーターの内部には非常に高電圧の電流が流れる部分もあり個人で分解するのは危険極まりないため、どんな事情があっても自分で手を出すことはしないでください。
なお自動車の冷却水は長期間交換しなくても耐久性がある成分となっており、インバーターの冷却水もそんなに頻繁に交換する必要のあるものではありません。
車検の際や定期点検の際などに必要があれば冷却水交換を提示されることがあり、そのタイミングで交換するだけで十分です。
日常的に冷却水の交換や継ぎ足しをする必要はないので、水量が異常に減ったり増えたりせず規定のレベルの範囲に収まっていればそれで個人で行うメンテナンスは完了です。
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