CN1833921A - 功率转换装置和装备功率转换装置的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率转换装置。封盖(32)容纳接收高电压的功率转换器。外部输电线的连接器组装到连接器组装部分(34)。连接器组装部分(34)布置在封盖(32)外部，并通过紧固构件(38)紧固到车辆主体(40)。支撑构件(42)布置在封盖(32)和连接器组装部分(34)的下表面处，该位置与壳体(36)的连接连接器组装部分(34)和功率转换器主体的部分不同，支撑构件(42)位于封盖(32)和连接器组装部分(34)之间并且因此将它们束缚在一起。

Description

功率转换装置和装备功率转换装置的车辆
技术领域
本发明总的来说涉及功率转换装置和装备功率转换装置的车辆，更具体地说，涉及考虑了碰撞防护被动安全性的功率转换装置的结构。
背景技术
使用电动机作为动力源的混合动力车辆、电动车辆和其它类似的车辆装备有逆变器、转换器和其它类似的功率转换装置。这些功率转换装置接收与大功率发动机相对应的高电压。由此，必须充分地考虑碰撞防护的被动安全性。
日本专利公开NO.2001-097052公开了一种被用于附装车辆附属部件的结构，该附属部件提供了改进的碰撞防护的安全性。该结构允许布置在车辆引擎室内的附属部件布置为相对于车辆的纵向方向倾斜，经由一支撑构件只通过接合就能够组装到车辆的加强构件以当引擎室被压缩并且因此变形时使附属部件能够移动。上述的支撑构件也组装到该加强构件。
该结构可以防止附属部件在碰撞中向后传递冲击，并且还防止配线等的断开以提供高水平的碰撞防护安全性。
但是，日本专利公开NO.2001-097052没有具体地考虑附属部件由于碰撞引起的形变和损坏。例如，为了降低成本和可操作性的目的，功率转换装置可以具有连接器组装部分，该连接器组装部分在功率转换器主体的壳体外部以可组装外部输电线的连接器，并被紧固到车辆主体以将功率转换装置紧固到车辆主体。
对于这样的布置，如果车辆碰撞并且由此壳体接收到外力，则外力集中在连接至车辆主体的连接器组装部分，于是接收高电压的连接器组装部分可能变形并损坏。此外，变形且损坏的连接器组装部分可能会接触壳体并且因此使壳体变形或损坏，并且由此损坏容纳在壳体中的功率转换器主体。因为功率转换装置通常布置在比车辆保险杠高的位置处，所以当车辆与比保险杠高的物体碰撞时其可能严重变形、损坏等。
由此，不仅需要在车辆碰撞时防止附属部件向后传递冲击，如日本专利公开NO.2001-097052中所描述，而且要保护功率转换装置免受变形和损坏以提供改进的碰撞防护的被动安全性。此外，对于混和动力、电动和其它类似的车辆来说，存在降低成本和尺寸的强烈需求，并且需要降低的成本和更小的空间以及有效提高的被动安全性。
在日本专利公开NO.2001-097052中公开的布置需要用于确保附属部件移动的空间，这也阻止了车辆具有减小的尺寸。
发明内容
为了克服这些缺点，提出了本发明。本发明拟提出一种功率转换装置，可以降低成本、节约空间以及改进被动安全性。
本发明还拟提出一种装备有可以降低成本、节约空间以及改进被动安全性的功率转换装置的车辆。
此功率转换装置包括：功率转换器；容纳功率转换器的外壳；连接器组装部分，其布置在外壳外部并使外部输电线的连接器组装到连接器组装部分，该外部输电线与功率转换器进行功率传送；紧固构件，其将连接器组装部分紧固到车辆主体；以及支撑构件，其布置在与连接连接器组装部分和外壳的部分不同的部分处，其中支撑构件布置在连接器组装部分和外壳之间并将它们束缚在一起。
优选地，功率转换器包括逆变器。
对于此功率转换装置，如果车辆碰撞并且容纳功率转换器的外壳经受外力，则支撑构件承受施加到连接连接器组装部分和外壳的部分上的力的一部分。这可以防止外力集中在连接连接器组装部分和外壳的部分处，并且由此保护连接器组装部分免受由于应力集中引起的变形和损坏，并且因此防止连接器组装部分接触功率转换器的外壳。
因此，此功率转换装置可以保护连接器组装部分和功率转换器免受损坏并能够改进碰撞的被动安全性。外壳和连接器组装部分可以在结构上保持不变并且最低限度需要的构件(也就是支撑构件)即可满足。因此可以实现降低成本和节省空间。
优选地，连接连接器组装部分和外壳的部分位于外壳和连接器组装部分互相相对的部分的第一端处，并且在外壳和连接器组装部分互相相对的部分中，在与第一端相对的第二端处，支撑构件布置在连接器组装部分和外壳之间并将它们束缚在一起。
对于此功率转换装置，支撑构件布置在外壳和连接器组装部分互相相对的部分中，位于与连接连接器组装部分和外壳的部分相对的端部(第二端)处。当车辆碰撞时施加的外力可以经由连接连接器组装部分和外壳的部分以及支撑构件分散在整个连接器组装部分和外壳上。
由此，此功率转换装置可以有效地避免施加的外力的集中，以进一步确保可以保护连接器组装部分和功率转换器免受损坏。
优选地，功率转换装置还包括加强构件，其加强外壳的与连接器组装部分相对的部分。
如果车辆碰撞，并且产生的外力引起连接器组装部分变形并且由此接触功率转换器的外壳，则加强外壳的与连接器组装部分相对的部分的加强构件可以保护外壳免受变形和损坏。
由此，此功率转换装置可以进一步确保可以保护容纳在外壳中的功率转换器免受损坏。
优选地，功率转换装置还包括加强构件，其加强外壳的与支撑构件接合的部分。
外壳的与支撑构件接合的部分具有应力集中，使外壳变形并损坏。在此功率转换装置中，外壳的与支撑构件接合的部分可以由加强构件加强。由此，可以保护外壳免受变形和损坏。
由此，此功率转换装置可以进一步确保可以保护容纳在外壳中的功率转换器免受损坏。
此外，本车辆具有安装在前部引擎室中的此功率转换装置。
如果车辆碰撞并且它的引擎室被压缩并且由此变形，且容纳功率转换器的外壳经受外力，则支撑构件可以承受施加到连接连接器组装部分和外壳的部分的力的一部分。这可以防止外力集中在连接连接器组装部分和外壳的部分处，结果，能够保护连接器组装部分免受由应力集中引起的变形和损坏，并且因此防止连接器组装部分接触功率转换器的外壳。
由此，即使发生碰撞，此车辆可以保护功率转换装置免受损坏，并改进了碰撞的被动安全性。外壳和连接器组装部分可以在结构上保持不变，并且最低限度需要的构件(也就是支撑构件)即可满足。因此可以实现降低成本和节省空间。
由此，本发明可以显示出改进的碰撞被动安全性，同时还可以实现降低成本和节省空间。
通过下面结合附图对本发明所作的详细描述，本发明的前述和其它目的、特征及优点将变得更加清晰。
附图说明
图1示意性地示出混和动力车辆的构造，该车辆示作本发明第一实施例中车辆的一个示例。
图2是图1中所示PCU的侧视图。
图3是向上观察时，图2中所示PCU的平面图。
图4是大致示出图1的混和动力车辆的传动系的方框图。
图5是本发明第二实施例中PCU的侧视图。
图6是向上观察时，图5中所示PCU的平面图。
具体实施方式
下面将参考附图更加具体地以实施例描述本发明。在图中，相同或对应的部件相同地表示。
第一实施例
图1示意性地示出混和动力车辆的构造，该车辆示作本发明第一实施例中车辆的一个示例。更具体地，该图示出混和动力车辆10，其包括电池12、动力控制单元(PCU)14、动力输出装置16、前轮18R、18L和后轮20R、20L。
电池12是可充放电的电池，例如镍氢电池、锂离子电池或类似的蓄电池。电池12安装在车辆中例如后部处，产生供应至PCU14的直流(DC)电能，接收从PCU14输出的DC电能，并将DC电能存储在其中。
PCU14布置在位于车辆前部处的引擎室22中。PCU14从电池12接收DC电压，并将DC电压转换成交流(AC)电压，该交流电压又依次输出到包含在动力输出装置16中的电动发电机(未示出)。此外，PCU14接收由电动发电机产生的AC电压，并将此AC电压转换成DC电压，该DC电压依次输出到电池12。
动力输出装置16包括发动机(未示出)和电动发电机，并布置在引擎室22中。动力输出装置16通过电动发电机和/或发动机产生动力，并将动力输出至驱动轴以驱动前轮18R、18L。此外，动力输出装置16利用前轮18R、18L的转动和从发动机接收到的输出，使电动发电机产生电能，该电能依次输出到PCU14。
前轮18R、18L是混和动力车辆10的驱动轮，而后轮20R、20L是车辆的从动轮。
图2是图1中所示PCU14的侧视图，图3是向上观察时图2中所示PCU14的平面图。参考图2和图3，PCU14包括逆变器、增压转换器(upconverter)或类似的功率转换器(未示出)、封盖32、连接器组装部分34、壳体36、紧固构件38和支撑构件42。
封盖32由例如铁的金属薄板形成。封盖32容纳逆变器、增压转换器或类似的功率转换器。封盖32螺栓连接到壳体36。
设置连接器组装部分34是用来将外部输电线的连接器组装到PCU14，该外部输电线与容纳在封盖32中的功率转换器进行功率传送。更具体地，外部输电线具有组装到连接器组装部分34的该连接器，并且连接器组装部分34将外部输电线电连接至功率转换器。为了降低成本和可操作性的目的，连接器组装部分34布置在封盖32外部，与功率转换器的主体是分开的。连接器组装部分34和壳体36一体模制成型。
壳体36由例如铝的金属薄板形成。壳体36使容纳在封盖32中的功率转换器紧固到壳体36。更具体地，功率转换器紧固到壳体36并且封盖32从壳体36下方附装。
紧固构件38将引擎室中的连接器组装部分34紧固到车辆主体40。更具体地，因为封盖32是可去除的，并且强度还不足，所以与壳体36一体模制的连接器组装部分34紧固到车辆主体40。
支撑构件42由具有一定的强度大小并由例如铁或类似金属形成的构件来实现。在第一实施例中，设置支撑构件42是用来在封盖32和连接器组装部分34各自的下表面处使封盖32和连接器组装部分34束缚在一起。如果车辆碰撞，并且外力从车辆前侧朝向PCU14施加，则支撑构件42可以承受从封盖32经由壳体36传递到连接器组装部分34的力的一部分，并且由此减轻在连接器组装部分的上部附近引起的应力集中。
换言之，引入支撑构件42将连接器组装部分34连接至封盖32，使封盖32能够承受当车辆碰撞时所接收的外力。由此当车辆碰撞时所接收的外力由封盖32、连接器组装部分34、壳体36和支撑构件42一起承受，以防止由于应力集中引起的变形和损坏。
此外，支撑构件42布置成在封盖32和连接器组装部分34各自的下表面(或第二端)上，使封盖32和连接器组装部分34束缚在一起，该下表面与位于封盖32和连接器组装部分34上侧(或第一端)的壳体36相对。当车辆碰撞时接收的外力可以分散在封盖32和连接器组装部分34上，以有效地减轻应力集中。
这样设置的支撑构件42可以减轻当车辆碰撞时在连接器组装部分34的上部附近引起的应力集中。由此可以保护连接器组装部分免受变形和损坏，并且因此防止碰撞封盖32，并且可以保护容纳在封盖32中的功率转换器免受损坏。
图4是大致示出图1所示混和动力车辆10的传动系的结构图。参考图4，PCU14包括增压转换器52、逆变器54、56和滤波电容器C。动力输出装置16包括电动发电机MG1、MG2、动力分配装置18、传动装置60和发动机ENG。
增压转换器52对从电池12接收的DC电压进行增压，并将增压后的DC电压输出到逆变器54、56。此外，增压转换器52接收来自逆变器54、56的DC电压并将DC电压降压以对电池12充电。
逆变器54接收来自增压转换器52的DC电压并将该DC电压转换成AC电压以驱动电动发电机MG1。此外，逆变器54对由电动发电机MG1所产生的AC电压进行整流并将整流后的DC电压输出到增压转换器52。
逆变器56接收来自增压转换器52的DC电压并将该DC电压转换成AC电压以驱动电动发电机MG2。此外，逆变器56对由电动发电机MG2所产生的AC电压进行整流并将整流后的DC电压输出到增压转换器52。
电动发电机MG1包含在混和动力车辆10中作为按照由发动机ENG驱动的动力发电机那样运行的部件。此外，电动发电机MG2包含在混和动力车辆10中作为驱动前轮18R、18L(作为混和动力车辆10的驱动轮)的电动发动机。
电动发电机MG1、MG2是例如由三相AC同步电动发电机实现的旋转电力机器。电动发电机MG1使用发动机ENG的输出以产生三相AC电压，该三相AC电压接着输出到逆变器54。此外，电动发电机MG1接收来自逆变器54的三相AC电压以产生驱动力来起动发动机ENG。电动发电机MG2接收来自逆变器56的三相AC电压以产生驱动混和动力车辆10的转矩。此外，电动发电机MG2在可再生地制动混和动力车辆10中产生三相AC电压并输出至逆变器56。
发动机ENG经由动力分配装置58和传动装置60驱动前轮18R、18L，并且还为电动发电机MG1提供力以旋转电动发电机MG1。此外，发动机ENG接收来自电动发电机MG1的驱动力以起动。
动力分配装置58将发动机ENG的输出分为驱动前轮的力和旋转电动发电机MG1的力。此外，动力分配装置58在发动机ENG的起动中接收来自电动发电机MG1的力并将其传递到发动机ENG。传动装置60减小从电动发电机MG2和动力分配装置58接收的转动速率，并将其输出到前轮18R和18L。
因此在第一实施例中，连接器组装部分34和封盖32可以由支撑构件42束缚在一起以减轻在连接连接器组装部分34和壳体36的部分附近引起的应力集中。由此，可以保护连接器组装部分34免受变形和损坏，并且因此防止碰撞封盖32并损坏功率转换器。由此，可以在被动安全性方面改进混和动力车辆10。
此外，封盖32和连接器组装部分34可以在结构上保持不变。可以用最低限度需要的部件或支撑构件42实现改进的被动安全性，不妨碍混和动力车辆10在成本和尺寸上的减小。
第二实施例
图5是本发明第二实施例的PCU的侧视图，图6是向上观察时图5的PCU的平面图。参考图5和6，与第一实施例中参考图2和3描述的PCU14相对应的PCU14A增加了加强构件44，并且用支撑构件42A替换支撑构件42。
加强构件44沿封盖32的外周朝向车辆前侧，从封盖32的与连接器组装部分34相对的部分延伸，以覆盖封盖32的部分外表面。加强构件44具有下表面，支撑构件42A连接到该下表面。
为了加强封盖32的与连接器组装部分34相对的部分，设置了加强构件44。更具体地，如果车辆碰撞，并且连接器组装部分34变形或损坏，则加强构件44防止连接器组装部分34直接接触并且因此使封盖32变形并损坏，并且结果损坏容纳在封盖32中的功率转换器。
此外，加强构件44还意图加强将封盖32和支撑构件接合在一起的部分的附近区域。更具体地，封盖32由薄板形成，并且如果支撑构件直接结合到封盖32，并且施加了具有某一幅度的外力而在将支撑构件结合到封盖32的部分中引起应力集中，则封盖32可能变形。由此，加强构件44设置成覆盖封盖32的部分，并且支撑构件42A结合到加强构件44。加强构件44允许封盖32和支撑构件42A经由封盖32和加强构件44接触的整个部分在它们之间传递力。这可以减轻将封盖32和支撑构件42A接合在一起的部分附近的应力集中，并且由此保护封盖32免受变形和损坏。
支撑构件42A在结构上与第一实施例中描述的支撑构件42相同，除了支撑构件42A设置在加强构件44和连接器组装部分34之间并将它们束缚在一起。当车辆碰撞并且外力从车辆前侧朝向PCU14A施加时，支撑构件42A也可承受从封盖32经由壳体36传递到连接器组装部分34的一部分力，并且因此减轻在连接器组装部分34的上部附近引起的应力集中。
注意，第二实施例与第一实施例的车辆10提供了整体构造相同的混和动力车辆，并提供了与第一实施例的车辆10具有相同构造的传动系。
注意，尽管上面描述中加强构件44沿封盖32的外表面设置，但是，可替换地，封盖32可以在与加强构件44相对应的部分处增加厚度以增加封盖32自身的强度。可替换地，加强构件可以沿封盖32的内表面布置。
因此，在第二实施例中，封盖32可以由加强构件44加强。如果车辆碰撞并且由此施加外力而使连接器组装部分34变形，则可以防止连接器组装部分34直接接触封盖32。此外，还可以保护封盖32的与支撑构件接合的部分免受变形和损坏，以进一步确保可以保护容纳在封盖32中的功率转换器免受损坏。
尽管在第一和第二实施例中，支撑构件42和42A是图3和6所示的三角形状，但是它们不限于这样的几何形状。
此外，尽管在以上的描述中，封盖32被描述为是与壳体36分开的并采用螺栓连接到壳体36的构件，但是，可替换地，封盖32和壳体36可以一体地模制。
此外，尽管在以上的描述中，电池12被描述为可充放电的蓄电池，但是，可替换地，电池12可以是燃料电池。此外，尽管在以上的描述中PCU14和14A适应于安装在混和动力车辆中，但是本发明可应用到不限于安装在混和动力车辆中的功率转换装置的范围。本发明可以安装在电动车辆、燃料电池车辆等中。
注意，上述的封盖32对应于本发明中的外壳。此外，加强构件44在本发明中对应于加强与连接器组装部分相对的部分的加强构件和加强与支撑构件接合的部分的加强构件。
尽管已经详细地描述并图示了本发明，但是应当清楚地理解，仅仅是通过图示和示例的方式而不是限制的方式对本发明进行描述和图示，本发明的精神和范围仅由权利要求书来限定。
本申请基于2005年3月18日提交到日本特许厅的日本专利申请NO.2005-079577，其整个内容通过引用包含在这里。

Claims (6)

1.一种功率转换装置，包括：
功率转换器(52、54、56)；
容纳所述功率转换器(52、54、56)的外壳(32)；
连接器组装部分(34)，其布置在所述外壳(32)外部，并使与所述功率转换器(52、54、56)进行功率传送的外部输电线的连接器组装到所述连接器组装部分(34)；
紧固构件(38)，其将所述连接器组装部分(34)紧固到车辆主体；支撑构件(42、42A)，其布置在将所述连接器组装部分(34)和所述外壳(32)连接起来的部分之外的部分处，所述支撑构件(42、42A)布置在所述连接器组装部分(34)和所述外壳(32)之间并将所述连接器组装部分(34)和所述外壳(32)束缚在一起。
2.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中：
将所述连接器组装部分(34)和所述外壳(32)连接起来的所述部分位于所述外壳(32)和所述连接器组装部分(34)互相相对的部分的第一端处；并且
在所述外壳(32)和所述连接器组装部分(34)互相相对的所述部分中，在与所述第一端相对的第二端处，所述支撑构件(42、42A)布置在所述连接器组装部分(34)和所述外壳(32)之间并使所述连接器组装部分(34)和所述外壳(32)束缚在一起。
3.根据权利要求1所述的功率转换装置，还包括加强构件(44)，其加强所述外壳(32)的与所述连接器组装部分(34)相对的那部分。
4.根据权利要求1所述的功率转换装置，还包括加强构件(44)，其加强所述外壳(32)的与所述支撑构件(42A)接合的那部分。
5.根据权利要求1所述的功率转换装置，其中，所述功率转换器(52、54、56)包括逆变器(54、56)。
6.一种车辆，其将权利要求1-5中任一项所述的功率转换装置(14、14A)安装在车辆前部的引擎室。
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