CN104999896A - 将电气设备固定至车辆的固定结构 - Google Patents

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Abstract

本说明书中描述了一种将电气设备固定至车辆的固定结构，其由电气设备(20)、托架(30)和保护板(24)构成。电气设备(20)被放置在托架(30)上。电气设备(20)通过移除机构被固定至托架(30)。移除机构被构造成当电气设备(20)接收到来自车辆(10)的前侧的冲击力时，将电气设备(20)从托架(30)移除。保护板(24)被附接至电气设备(20)。当由于冲击力而将电气设备(20)从托架(30)移除以便向后移动时，保护板(24)抵靠构造物(6)，该构造物(6)相对于电气设备(20)位于后侧处。移除机构释放被施加至所述电气设备(20)的冲击，并且保护板(24)通过位于电气设备(20)后方的构造物(6)释放电气设备(20)的碰撞冲击。

Description

将电气设备固定至车辆的固定结构
技术领域
本发明涉及一种将电气设备固定至车辆的固定结构。具体地，本发明涉及一种设置在车辆的前部中的发动机舱中的电气设备的固定结构。应明白，本发明中所述的技术能够应用于不包括发动机的电驱动车辆。即使在不包括发动机的电驱动车辆的情况下，根据汽车领域的实践，也将设置了驱动马达(驱动源)的车辆的前部中的空间称为“发动机舱”。此外，在本说明书中，为了简化说明，可将“车辆前部中的发动机舱”简称为“舱”。
背景技术
近年来，车辆配备有各种电气设备。与发动机和变速箱的壳体相比，这些电气设备的壳体不是那么刚硬，所以在来自前侧的碰撞时，这些壳体可能受到大损伤。在日本专利申请公开No.2013-086680(JP2013-086680 A)、日本专利申请公开No.2013-237413(JP 2013-237413 A)和日本专利申请公开No.2009-038920(JP 2013-038920 A)中例证了一种在碰撞时缓解舱中的电气设备接收的损伤的技术。在那些文献中，受到保护的目标电气设备是逆变器，该逆变器被构造成向驱动马达提供电力。这种逆变器包括向其施加100V或更高的高电压的部件(高压部件)。因而，需要防止逆变器的壳体在碰撞时破损以及元件暴露的问题。在JP 2013-086680 A中所述的技术中，逆变器被固定至托架(安装台)。托架被固定至纵梁，纵梁为车辆的框架之一。通过使用支架将逆变器固定至托架。为了在碰撞时保护逆变器不受冲击，支架包括移除机构，该移除机构被构造成在接收来自车辆前侧的冲击时，从托架移除逆变器。移除机构具有通过使螺栓穿过在支架中设置的U形缝而将逆变器固定至托架的结构。一旦接收到冲击，支架就延U形缝相对于螺栓移动，以便被从螺栓移除。此外，托架延伸至逆变器的后侧，并且朝着后上侧弯曲。刹车单元位于逆变器的后上侧处，并且托架的后端延伸至刹车单元的前侧。当逆变器由于碰撞的冲击而向后移动时，托架的弯曲的后部进入刹车单元和逆变器之间，使得保护逆变器不与刹车单元碰撞。
JP 2013-237413 A描述了一种保护设置在逆变器的后面上的电缆的连接器的技术。该技术如下。为了保护连接器和电缆，保护盖被附接至逆变器的顶面。保护盖延伸至逆变器的后侧，并且在逆变器后方向下弯曲。车辆的本体面板的边缘位于逆变器的后方。当逆变器由于碰撞的冲击而向后移动时，保护盖与本体面板的边缘碰撞，并且初始弯曲的保护盖进一步向后弯曲，以便覆盖电缆和连接器，从而保护该电缆和连接器。
JP 2013-038920 A描述了一种盖被附接至逆变器的连接器容纳部，以便保护连接器不受碰撞冲击的技术。
发明内容
考虑到传统技术，本发明提供一种固定结构，该固定结构提高了设置在车辆的舱中的电气设备的碰撞安全性。
本发明的一方面提供一种电气设备的固定结构，该固定结构由托架、移除机构和保护板组成。电气设备被设置在设置在车辆的前部中的发动机舱中。托架被固定在发动机舱中。托架被构造成安置电气设备。移除机构被构造成当电气设备接收到来自车辆的前侧的预定冲击力或更大的冲击力时，将电气设备从托架移除。参考JP 2013-086680 A，其描述了一种移除机构的特定例证性构造。通过模拟或试验适当地确定操作移除机构的冲击的量级。
保护板被附接至电气设备，并且保护板被构造成当由于冲击力而将电气设备从托架移除以便向后移动时抵靠构造物，该构造物相对于电气设备位于车辆的后侧处。
此外，在固定结构中，保护板壳在沿着车辆的前后方向与构造物相对的位置处被附接至电气设备。根据该固定结构，移除机构缓和被施加至电气设备的冲击。同时，保护板保护作为保护目标的电气设备不与位于电气设备后方的构造物碰撞。
本说明书中所述的技术不仅能够应用于逆变器，而且也能够应用于设置在舱中的各种电气设备。例如，本说明书中所述的技术能够应用于电池。
车载电气设备诸如电驱动车辆的逆变器和电池比发动机和马达小，但却是重要的组件。关于这些电气设备，保护板可具有下列形状。也就是说，保护板可以被固定至电气设备的后面并且向下延伸，并且保护板可以以U形形状弯曲，以便当从车辆的横向方向观察时朝着构造物突出。作为替换，保护板可以被固定至电气设备的后面并且向下延伸，并且保护板可以以C形形状弯曲，以便当从车辆的横向方向观察时朝着构造物突出。保护板的底端可以位于与电气设备的底端相同的高度处，或者位于低于电气设备的底端的位置处。
此外，在固定设备中，移除机构可以包括支架和螺栓。支架可以具有缝，并且可以被附接至电气设备。螺栓可以被构造成将支架固定至托架。
上述电气设备的固定结构具有如下优点。在碰撞时，电气设备被从托架移除并且向后移动，使得保护板的U形弯曲部或C形弯曲部与电气设备后方的构造物碰撞。此时，弯曲部由于碰撞力而变形。由于保护板被固定至U形弯曲部或C形弯曲部上方的车载设备，所以在碰撞时，保护板变形，使得该保护板的底端在壳体之下滑动。关于保护板在壳体之下滑动，电气设备的后端升高，并且保护板向后移动，以便在电气设备的后方的构造物上滑动。因而，车载电气设备朝着车载电气设备的后方的构造物的上侧移动，由此使得能够防止与构造物猛烈碰撞。
根据本说明书中所述的技术，能够提高设置在车辆的前部的发动机舱中的电气设备的碰撞安全性。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的例证性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：
图1是根据本发明的实施例的电驱动车辆的发动机舱的示意性平面图；
图2是例示图1中所示的逆变器和发动机安装螺栓之间的位置关系的透视图；
图3是例示图1中所示的逆变器和发动机安装螺栓之间的位置关系的透视图；
图4是例示图1中所示的逆变器和发动机安装螺栓之间的位置关系的后视图；
图5是描述逆变器在电驱动车辆碰撞时的运动，以及在用于保护逆变器的保护板变形之前的状态的视图；并且
图6是描述逆变器在电驱动车辆碰撞时的运动，以及在用于保护逆变器的保护板变形之后的状态的视图。
具体实施方式
该部分作为本发明中所述的固定结构的典型实例描述了一种电驱动车辆的逆变器的固定结构。重要装置，诸如逆变器、发动机(马达)和变速箱被固定至用于支撑本体的框架。具体地，在许多车辆中，在舱(车辆的前部的发动机舱)的下方设置在前后方向上延伸的两个框架，并且逆变器和马达被固定至框架。在前后方向上延伸的两个框架被称为纵梁。在一些装置被固定至在前后方向上延伸的纵梁的情况下，该装置在前后方向上对齐。在典型实例中，发动机(马达)被固定在两个纵梁之间，并且逆变器被固定至发动机前部中的纵梁之一。具体地，发动机(马达)大，并且进一步地，变为振动源。因此，将称为发动机架的隔振支架附接至两个纵梁中的每个纵梁，使得发动机(马达)通过发动机架被固定至纵梁。应明白，在电驱动车辆仅包括马达而无发动机的情况下，“发动机架”指的是用于固定马达或包括马达的变速箱的支架。
即使是在“发动机架”固定不包括发动机的驱动源(马达)的情况下，实际上也将其称为“发动机架”。在本说明书中，将包括马达的驱动单元称为马达单元。“马达单元”可以仅包括马达，马达和发动机，马达和变速箱，或者马达、发动机和变速箱。
为了稳固地固定马达单元，通过刚硬的大螺栓(发动机架螺栓)将马达单元固定至发动机架。逆变器被固定在马达单元的前部中。为了缓和碰撞的冲击，如果逆变器被固定成如JP 2013-086680 A的技术中所述的，一旦接收到冲击就可移除，则逆变器的后部可能在逆变器由于碰撞而向后移动时与刚硬的大螺栓碰撞，使得逆变器的壳体可能受损。
因此，在本发明中所述的固定结构中，保护板被附接至被固定至舱中的纵梁的逆变器的壳体的后面。更具体地，保护板在与发动机架螺栓相对的位置处被附接至壳体的后面，以便当逆变器由于碰撞的冲击而向后移动时抵靠发动机架螺栓。
逆变器的壳体通常由铝制成。当刚硬的螺栓与铝制壳体碰撞时，壳体受损。保护板保护壳体不受这种损伤。应明白，铁制下盖可以被附接至铝制壳体的底面。由于铁制下盖是刚硬的，所以保护板应被布置成与铝制壳体相对。优选地，在保护板的底端和壳体之间设置间隙，以便不妨碍下盖的附接和拆除。应明白，保护板的底端可位于下盖的下方。
下面参考附图描述根据实施例的固定结构。将在本实施例中描述的固定结构针对设置在电驱动车辆10中的逆变器20。电驱动车辆10是由马达带动的电动车辆。图1是例示电驱动车辆10的舱中的装置布局的示意性平面图。如上所述，“舱”是设置在车辆的前部中的空间，并且指示容纳驱动装置的空间(发动机舱)。应明白，在图1中未示出对于本发明的说明不必要的一些装置。然而，为了易于理解舱的方向而示出了前灯8和悬架钟形罩7。此外，在所有附图中，沿X轴的正方向对应于车辆的前侧，Y轴对应于车辆的宽度方向，并且沿Z轴的正方向对应于竖直上侧。此外，在下文说明中，“前侧”指示车辆的前端侧，并且“后侧”指示车辆的后端侧。
在舱2中布置各种装置，但是图1仅例示了马达单元40、逆变器20以及用于支撑它们的构件。当从上部观察舱2时，在车辆的框架中，在前后方向上延伸的两个纵梁3和在车辆的宽度方向上延伸的横梁4穿过舱2。具有最大重量的装置是马达单元40。马达单元40位于两个纵梁3之间。马达单元40通过发动机架5被固定在右侧纵梁和左纵梁中的每个纵梁中的两个位置处。附图标记6指示用于将马达单元40固定至发动机架5的螺栓。该螺栓是特别大的螺栓，在下文说明中，将该螺栓称为发动机架螺栓6。发动机架5由隔振橡胶和支架(金属装配件)组成，并且用作用于缓和马达单元40的振动的装置。应明白，发动机架5是一种用于支撑马达单元的构造物，并且根据传统实践而称其为“发动机”架。
逆变器20将电池(未示出)的直流电力变换成交流电力，并且将交流电力供应给马达单元(马达)。逆变器20通过托架30被固定至右侧上的纵梁3。逆变器20包括对其施加超过100V的高电压的电气部件(高压部件)，并且逆变器20需要高膨胀安全性，使得在碰撞时，设置在该逆变器20中的高压部件不暴露。由于逆变器20是重要部件(基础部件)，所以逆变器20被稳固地固定至纵梁3。如下文将详细描述的，托架30包括移除机构，该移除机构被构造成当车辆碰撞并且从车辆的前侧向逆变器20施加预定量级的冲击力时移除逆变器20，以便自由移动。设置移除机构是为了使逆变器20在碰撞时自由移动，使得释放被施加到逆变器20的冲击，并且防止设置在该逆变器中的高压元件暴露。
如图1中所示，马达单元40的右侧和逆变器20被固定至在图中的右侧上的纵梁3，并且发动机架螺栓6正好位于逆变器20的后方。如上文所述，在碰撞时，逆变器20被从托架30移除，以便自由移动。然而，刚硬的大发动机架螺栓6正好位于逆变器20的后方，并且当逆变器20与发动机架螺栓6碰撞时，逆变器20的壳体可能受损。特别地，逆变器20的壳体由铝制成，并且一旦受到大的损伤，壳体就可能破裂，并且设置在逆变器的壳体中的高压元件就可能暴露。电驱动车辆10具有避免这种损伤的结构。然后将描述该结构。
图2例示了逆变器20和发动机架螺栓6之间的位置关系。此外，图2例示了托架30的结构。应明白，在图2中，为了易于理解托架30的结构，逆变器20被示为简单的虚线矩形实心体。
首先描述的是托架30的结构。托架30包括扁平底板31以及扁平底板31的右侧和左侧上的侧凸缘32。侧凸缘32在前后方向上延伸，并且由于阶梯而稍微高于底板31。托架30本身经由螺栓39通过在底板31的前部中延伸的L形前凸缘33被固定至纵梁3。此外，托架30经由发动机架螺栓6通过在底板31的后方延伸的后凸缘34被固定至发动机架5。因而，托架30本身正好位于发动机架5之前，因此，发动机架螺栓6正好位于逆变器20的后方。应明白，发动机架是隔振支架，并且具有复杂形状。然而，在图中简化了发动机架。此外，在图2之后的图中，未例示通过发动机架5而被固定的马达单元40。
下面描述逆变器20与托架30的附接结构。逆变器20的右侧和左侧表面通过支架35被附接至托架30(侧凸缘32)。支架35具有L形状。L形状的一个表面(L形状的在竖直方向上延伸的表面)与逆变器20的侧表面相对，并且该表面通过螺栓39而被固定至逆变器20。L形状的另一个表面(L形状的在水平方向上延伸的表面)与侧凸缘32相对。在该另一个表面上设置缝35a，该缝35a向前敞开(朝着车辆的前侧)。支架35经由螺栓39通过缝35a而被固定至侧凸缘32。与上文类似，逆变器20的将被固定的四个部分都通过支架35而被固定。当车辆碰撞时，逆变器20接收到来自车辆的前侧的预定量级的冲击力，螺栓39和支架35沿缝35a相对于彼此移动。支架35和逆变器20向后移动，使得从缝35a移除螺栓39，并且从托架30移除支架35(也就是逆变器20)。螺栓39和支架35的向前敞开的该缝35a的组合相应于移除机构。通过模拟或实验提前确定操作移除机构的冲击力的最小值。
图3是例示逆变器20的后部和发动机架螺栓6之间的位置关系的侧视图，并且图4是逆变器20的后视图。为了易于理解附图，在图3中以虚线示出托架30的侧凸缘32以及用于将支架35固定至侧凸缘32的螺栓39。此外，在图4中以虚线示出发动机架5和发动机架螺栓6。
逆变器20的壳体21由铝制成。壳体21的顶侧和底侧敞开。壳体21的上部开口被铁制上盖23封闭，并且其下部开口被铁制下盖22封闭。用于将电力供应给马达的电缆29从壳体21的后面延伸。电缆29的连接器41穿过设置在壳体21的后面上的开口(未示出)被连接至在壳体21的内部的衬底中设置的接收侧连接器。通过铁制连接器盖25覆盖在壳体的后面上的开口。连接器盖25通过螺栓29与保护板24(下面描述)固定在一起。连接器盖25保护连接器41，特别是保护连接器41不受水，特别是雨水侵袭。应明白，电驱动车辆10包括两个驱动马达，并且逆变器20向每个马达供电。因而，两根电缆29从逆变器20的后面延伸，并且两个连接器41被设置在壳体21的内部。应明白，仅在图4中并且未在其它图中例示连接器41。
下面描述保护板24。保护板24被附接至壳体21的后面，以便覆盖与发动机架螺栓6相对的范围。如上所述，保护板24的上部与连接器盖25固定在一起。保护板24从其固定部分沿壳体的后面向下延伸。保护板24的底端24b延伸至稍微低于壳体21的位置。图3和4中例示的虚线A指示壳体21的底端的高度。保护板24的底端24b位于虚线A的下方。应明白，如之前所述，铁制下盖22被附接至壳体21的底面，并且保护板24在竖直方向上延伸至下盖22的中部。在保护板24的底端24b和壳体21之间设置空间Sp。
当从车辆的宽度方向(图中的Y轴方向)观察时，保护板24的下侧部分弯曲为U形，以便朝着发动机架螺栓6的螺栓头突出。换句话说，保护板24的下侧部分弯曲为U形，以便朝着相对于逆变器20位于车辆的后侧处的螺栓头突出。下文中，将以U形弯曲的部分称为U形弯曲部。图3和4中的附图标记24a指示该U形弯曲部。当逆变器20在碰撞时向后移动时，保护板24的U形弯曲部24a防止壳体21与发动机架螺栓6猛烈碰撞。下面描述其机制。
图5和图6示出当冲击从逆变器20的前侧施加至逆变器20时，逆变器20的移动。图5示出逆变器20轻微向后移动的状态，图6示出逆变器20进一步向后移动的状态。与图4类似，托架30的侧凸缘32以及螺栓39由图5和图6中的虚线示出，以使附图易于理解。
如之前所述的，用于固定逆变器20的支架35经由螺栓39通过向前敞开的缝35a被固定至侧凸缘32(参见图2)。当从逆变器20的前侧向逆变器20施加强烈的冲击力F时，螺栓39和支架35沿缝35a相对于彼此移动，使得支架35和逆变器40向后移动。当螺栓39被从缝35a移除时(图5)，逆变器20就能够自由移动。
被稳固地固定至纵梁3的刚硬的大发动机架螺栓6正好位于逆变器20的后方。当逆变器20向后移动时，保护板24的U形弯曲部24a首先接触发动机架螺栓6。保护板24的上部被固定至壳体21，并且其底端24b是自由端。因而，U形弯曲部24a变形，使得底端24b在壳体的下侧之下滑动。图5的附图标记24a-2指示变形中的U形弯曲部。由于对U形弯曲部24a变形的反作用，壳体21(逆变器20)被引导至箭头B所示的后上方向。
当逆变器20进一步向后移动时，U形弯曲部24a-2进一步变形，使得U形弯曲部24a-3(参见图6)在发动机架螺栓6的螺栓头之上滑动。作为响应，逆变器20的后端的运动方向朝着后上侧进一步改变。逆变器20向后移动，使得因此变形的保护板24在发动机架螺栓6上滑动。结果，能够防止逆变器20的后面迎头碰上发动机架螺栓6。
如上所述，保护板24不仅缓和逆变器20和发动机架螺栓6之间的碰撞冲击，而且还将逆变器20的移动方向改变为相对于发动机架螺栓6的上侧。由于这种操纵，能够防止逆变器20与发动机架螺栓剧烈碰撞。能够获得这种操作的原因在于，逆变器20的后方的构造物(发动机架螺栓6)具有这种位置关系，即该构造物的高度与设置在逆变器20中的保护板24的U形弯曲部24a的高度相同。
下面是关于在实施例中解释的技术的注释。如果保护板24的底端至少延伸至壳体的底端，就能够获得上述效果。空间Sp被固定在保护板24的底端24b和壳体21之间，并且保护板24不干扰下盖22的附接和拆除。应明白，保护板的U形弯曲部可以具有C形，并且不必使弯曲部具有精确的“U”形。
在本实施例中，发动机架螺栓6与逆变器20的后面相对，并且保护板24保护逆变器20的壳体不与发动机架螺栓6碰撞。优选地，本说明书中所述的技术能够应用于除了逆变器20之外的电气设备，例如电池。此外，逆变器20可与其碰撞的固定构造物不限于发动机架螺栓6。例如，在发动机架5本身正好位于逆变器20的后面的后方的情况下，保护板可以保护逆变器20的壳体不与发动机架碰撞。发动机架螺栓6是逆变器20可与其碰撞的固定构造物的一个实例。
已经详细解释了本发明的具体实例。然而，实例仅为了例示，并且不限制权利要求的范围。在权利要求的范围内描述的技术包括上述实例的各种变型和变化。在本说明书和附图中解释的技术元素中的每种元素和各种组合实现技术效用，并且技术元素不限于在提交时在权利要求中提出的组合。在本说明书和附图中作为实例解释的技术能够同时实现多个目标，并且具有通过实现其中一个目标而获得的技术效用。

Claims (6)

1.一种电气设备(20)的固定结构，所述电气设备(20)被安装在设置在车辆(10)的前部中的发动机舱(2)中，所述固定结构的特征在于包括：
托架(30)，所述托架(30)被固定在所述发动机舱(2)中，所述托架(30)安置所述电气设备(20)；
移除机构，所述移除机构被构造成当所述电气设备(20)接收到来自所述车辆(10)的前侧的预定冲击力或更大的冲击力时，将所述电气设备(20)从所述托架(30)移除；和
保护板(24)，所述保护板(24)被附接至所述电气设备(20)，所述保护板(24)被构造成当由于所述冲击力而将所述电气设备(20)从所述托架(30)移除以便向后移动时抵靠构造物(6)，所述构造物(6)相对于所述电气设备(20)位于所述车辆(10)的后侧处。
2.根据权利要求1所述的固定结构，其特征在于：
所述保护板(24)在沿着所述车辆(10)的前后方向与所述构造物(6)相对的位置处被附接至所述电气设备(20)。
3.根据权利要求2所述的固定结构，其特征在于：
所述保护板(24)被固定至所述电气设备(20)的后面，并且向下延伸；
当从所述车辆(10)的横向方向观察时，所述保护板(24)以U形弯曲，以便朝着所述构造物(6)突出；并且
所述保护板(24)的底端位于与所述电气设备(20)的底端相同的高度处，或者位于低于所述电气设备(20)的底端的位置处。
4.根据权利要求2所述的固定结构，其特征在于：
所述保护板(24)被固定至所述电气设备(20)的后面，并且向下延伸；
当从所述车辆(10)的横向方向观察时，所述保护板(24)以C形弯曲，以便朝着所述构造物(6)突出；并且
所述保护板(24)的底端位于与所述电气设备(20)的底端相同的高度处，或者位于低于所述电气设备(20)的底端的位置处。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的固定结构，其特征在于：
所述移除机构包括支架(35)和螺栓(39)；
所述支架(35)具有缝(35a)，并且被附接至所述电气设备(20)；并且
所述螺栓(39)被构造成将所述支架(35)固定至所述托架(30)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的固定结构，其特征在于：
所述电气设备(20)包括逆变器(20)，所述逆变器(20)被构造成将电池的直流电力变换成交流电力，并且所述逆变器(20)被构造成将所述交流电力供应至驱动马达。
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