JP2005137116A - 電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の車種間や、仕様や諸元の異なる車両間で共通の部品を用い、コストを抑制する。
【解決手段】 インバータケース３１０は、インバータ３０２を収容する。コンバータケース３２０は、コンバータ３０４を収容する。コンデンサケース３３０は、コンデンサ３０６を収容する。インバータケース３１０とコンバータケース３２０とが固定されるとともに、インバータケース３１０は、コンデンサケース３３０に固定される。コンデンサケース３３０は、車両に固定される。インバータケース３１０とコンバータケース３２０とは車種や、車両の仕様や諸元によらず共通のものである。コンデンサケース３３０は、車種や、車両の仕様や諸元に応じた専用のものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電気機器に関し、特に、電力を変換する変換機構および電力を蓄電する蓄電機構を保持する電気機器に関する。

従来より、モータからの駆動力により走行するハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車などが知られている。このような車両においては、電力を変換するＰＣＵ（Power Control Unit）を搭載し、電力の電圧値を変圧したり、直流電力から交流電力に、または交流から直流に電力を変換している。

特開２００３−１９９３６３号公報（特許文献１）は、コンパクト性に優れた電動駆動装置制御ユニットを開示する。特許文献１に開示された電動駆動装置制御ユニットは、電動機を備える駆動装置の電動機制御のためのインバータと、駆動装置を制御する制御基板とを収容した電動駆動装置制御ユニットである。この電動駆動装置制御ユニットは、インバータのスイッチング素子パワーモジュールを載置する第１の基台と、インバータ用の平滑コンデンサを載置する第２の基台と、制御基板を載置する第３の基台とを含む。第２の基台を第１の基台に固定すると共に、第３の基台を第２の基台に固定している。

上記の公報に開示された発明によると、制御ユニットを構成するスイッチング素子パワーモジュール、平滑コンデンサ及び制御基板の３部品を基台を介して高さ方向に積み上げた構成となるため、面積的に小さくすることができ、制御ユニットの小型化が可能となる。
特開２００３−１９９３６３号公報

しかしながら、特開２００３−１９９３６３号公報に記載の電動駆動装置制御ユニットを複数の車種（仕様や諸元が異なる車両）に搭載する場合、車種（車両の仕様や諸元）によって搭載可能な位置や空間が異なるため、各車種（車両の仕様や諸元）に対応した専用の基台を設計しなければならない。そのため、部品の共通化ができず、それだけ量産効果が低下して、コストがかさむという問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の車種間や、仕様や諸元が異なる車両間で部品を共通化し、コストを抑制することができる電気機器を提供することにある。

第１の発明に係る電気機器は、車両に搭載される電気機器である。この電気機器は、電力を蓄電する蓄電機構と、電力を変換する変換機構とを含む。蓄電機構は、車両の仕様や諸元に応じて異なる形状を有する。また、電気機器は、蓄電機構を保持するための蓄電機構保持手段と、蓄電機構保持手段を車両に固定するための蓄電機構固定手段と、蓄電機構保持手段とは別体であって、変換機構を保持するための変換機構保持手段と、変換機構保持手段を、蓄電機構保持手段に固定するための変換機構固定手段とを含む。

第１の発明によると、蓄電機構保持手段（たとえばケース）は、蓄電機構を保持する。この蓄電機構は、車両の仕様や諸元に応じて異なる形状を有しているため、蓄電機構保持手段は、車両の仕様や諸元に応じて異なる形状を有することになる。この蓄電機構保持手段を蓄電機構固定手段（たとえばブラケット）により車両に固定する。変換機構保持手段（たとえばケース）は、変換機構を保持する。この変換機構保持手段を、変換機構固定手段（たとえばフランジ）により、蓄電機構保持手段に固定することにより、変換機構保持手段を車両の仕様に応じた形状としないで共通の部品とし、車両の仕様や諸元に応じて必然的に形状が異なる蓄電機構保持手段のみを専用部品とする。その結果、複数の車種間や、仕様や諸元が異なる車両間で部品を共通し、コストを抑制することができる電気機器を提供することができる。

第２の発明に係る電気機器においては、第１の発明の構成に加え、変換機構は、第１の変換機構と、第１の変換機構とは異なる第２の変換機構とを含む。変換機構保持手段は、第１の変換機構を保持するための第１の変換機構保持手段と、第２の変換機構を保持するための第２の変換機構保持手段とを含む。電気機器は、第１の変換機構保持手段と第２の変換機構保持手段とを互いに固定するための手段と、第１の変換機構保持手段および第２の変換機構保持手段のうちいずれか一方を蓄電機構保持手段に固定するための手段と、第１の変換機構および第２の変換機構を冷却する冷却媒体が流通するための、第１の変換機構保持手段と第２の変換機構保持手段との間に設けられた冷却流路とをさらに含む。

第２の発明によると、第１の変換機構保持手段と第２の変換機構保持手段との間に、冷却流路が設けられているので、流路を、車種および車両の仕様や諸元によらず共通の形状とすることができる。

第３の発明に係る電気機器においては、第２の発明の構成に加え、車両には、駆動力を発生するモータと、モータに供給される電力を蓄える駆動用蓄電機構とが搭載され、車両は、モータからの駆動力により走行する。第１の変換機構および第２の変換機構は、駆動用蓄電機構に蓄えられた電力を変換するための手段を含む。電気機器は、第１の変換機構および第２の変換機構により変換された電力をモータに供給するための手段をさらに含む。

第３の発明によると、たとえばコンバータにより、駆動用蓄電機構に蓄えられた電力の電圧値を任意の電圧値に昇圧し、インバータにより、直流電力から交流電力に変換してモータに供給し、モータを駆動させて車両を走行させることができる。

第４の発明に係る電気機器においては、第２または３の発明の構成に加え、第１の変換機構は、インバータである。第１の変換機構保持手段は、インバータを収容するための手段を含む。

第４の発明によると、インバータにより、電力を、交流電力と直流電力との間で選択的に変換できる。また、インバータが収容されるので、インバータを塵や水滴などから保護することができる。

第５の発明に係る電気機器においては、第２または３の発明の構成に加え、第２の変換機構は、コンバータである。第２の変換機構保持手段は、コンバータを収容するための手段を含む。

第５の発明によると、コンバータにより、電力の電圧値を任意の値に昇降することができる。また、コンバータが収容されるので、コンバータを塵や水滴などから保護することができる。

第６の発明に係る電気機器においては、第１ないし５のいずれかの発明の構成に加え、蓄電機構は、コンデンサである。蓄電機構保持手段は、コンデンサを収容するための手段を含む。

第６の発明によると、コンデンサにより、電力を平滑化することができる。また、コンデンサが収容されるので、コンデンサを塵や水滴などから保護することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の実施について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態に係る電気機器を搭載したハイブリッド車両は、エンジン１００と、発電機２００と、ＰＣＵ３００と、バッテリ４００、モータ５００と、これらの全てに接続されたハイブリッドＥＣＵ（Electronic Control Unit）６００とを含む。本実施の形態に係る電気機器は、ＰＣＵ３００である。

エンジン１００が発生する動力は、動力分配機構７００により、２経路に分割される。一方は減速機８００を介して車輪９００を駆動する経路である。もう一方は、発電機２００を駆動させて発電する経路である。

発電機２００は、動力分配機構７００により分配されたエンジン１００の動力により交流電力を発電するが、発電機２００により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ４００のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時や急加速時では、発電機２００により発電された電力はそのままモータ５００を駆動させる電力となる。一方、バッテリ４００のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、発電機２００により発電された電力は、ＰＣＵ３００のインバータ３０２により交流から直流に変換され、コンバータ３０４により電圧が調整された後、バッテリ４００に蓄えられる。

モータ５００は、三相交流モータである。このモータ５００は、バッテリ４００に蓄えられた電力および発電機２００により発電された電力の少なくともいずれか一方の電力により駆動する。モータ５００が、バッテリ４００に蓄えられた電力により駆動する場合、バッテリ４００から放電された直流電力の電圧値がコンバータ３０４により昇圧され、昇圧された直流電力がコンデンサ３０６により一時的に蓄電されて平滑化された後、インバータ３０２により直流電力から交流電力に変換されて、モータ５００に電力が供給される。発電機２００により発電された電力によりモータ５００が駆動する場合は、発電機２００で発電されて交流電力がそのままモータ５００に供給される。モータ５００の駆動力は、減速機８００を介して車輪９００に伝えられる。これにより、モータ５００はエンジン１００をアシストして車両を走行させたり、モータ５００からの駆動力のみにより車両を走行させる。

一方、ハイブリッド車両が回生制動時には、減速機８００を介して車輪９００によりモータ５００が駆動され、モータ５００が発電機として作動させられる。これによりモータ５００は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作用することになる。モータ５００により発電された電力は、インバータ３０２を介してバッテリ４００に蓄えられる。

ハイブリッドＥＣＵ６００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０２と、メモリ６０４とを含む。ＣＰＵ６０２は、車両の走行状態や、アクセル開度、ブレーキペダルの踏み量、シフトポジション、バッテリ４００のＳＯＣ、メモリ６０４に保存されたマップおよびプログラム等に基づいて演算処理を行なう。これにより、ハイブリッドＥＣＵ６００は、車両が所望の走行状態となるように、車両に搭載された機器類を制御する。

図２を参照して、本実施の形態に係る電気機器であるＰＣＵ３００についてさらに説明する。

ＰＣＵ３００は、インバータ３０２を収容するインバータケース３１０と、コンバータ３０４を収容するコンバータケース３２０と、コンデンサ３０６を収容するコンデンサケース３３０とを含む。

インバータケース３１０は、インバータケース３１０とコンバータケース３２０とを互いに固定するためのフランジ３１４と、インバータケース３１０をコンデンサケース３３０に固定するためのフランジ３１６と、インバータ３０２およびコンバータ３０４を冷却する冷却水が流通する溝部３１２とを含む。フランジ３１４およびフランジ３１６にはそれぞれボルト孔が設けられている。このボルト孔にそれぞれボルトが挿入されて、ボルトがナットにより締結されることにより、インバータケース３１０とコンバータケース３２０とが固定され、インバータケース３１０がコンバータケース３２０に固定される。溝部３１２はインバータケース３１０の上面に設けられており、この溝部３１２に冷却水が流通してインバータ３０２およびコンバータ３０４を冷却する。なお、インバータケース３１０には、インバータ３０２とモータ５００とを着脱自在に連結するための端子（図示せず）が設けられる。

コンバータケース３２０は、コンバータケース３２０とインバータケース３１０とを互いに固定するためのフランジ３２６と、冷却水が流入する流入口３２２と、冷却水が流出する流出口３２４とを含む。コンバータケース３２０の下面には、インバータケース３１０の溝部３１２と対応した同様の溝部が設けられており、これらを合わせることで、冷却水が流れる流路を形成する。溝部はインバータケース３１０およびコンバータケース３２０のいずれか一方にのみ設けてるようにしてもよい。冷却水は、流入口３２２から流入し、流出口３２４から流出する。フランジ３２６には、フランジ３１４のボルト孔と対応した箇所に設けられたボルト孔が設けられており、このボルト孔にボルトを挿入し、フランジ３１４とフランジ３２６とを固定することで、インバータケース３１０とコンバータケース３２０とを固定する。インバータケース３１０とコンバータケース３２０を固定する方法は、フランジを用いた方法に限られず、フランジを設けずにインバータケース３１０およびコンバータケース３２０に一体的にボルト孔を設け、このボルト孔にボルトを挿入して、インバータケース３１０とコンバータケース３２０を固定するようにしてもよい。その他、ボルト以外の固定用具を用いてもよい。なお、コンバータケース３２０には、コンバータ３０４とバッテリ４００とを着脱自在に連結するための端子（図示せず）が設けられる。

コンデンサケース３３０は、インバータケース３１０をコンデンサケース３３０に固定するためのフランジ３３２と、コンデンサケース３３０を車両に固定するためのブラケット３３４とを含む。フランジ３３２には、フランジ３１６のボルト孔と対応した箇所に設けられたボルト孔が設けられており、このボルト孔にボルトを挿入し、フランジ３１６とフランジ３３２とを固定することで、インバータケース３１０をコンデンサケース３３０に固定する。ブラケット３３４には、ボルト孔が設けられている。このボルト孔にボルトを挿入し、ブラケット３３４を車両に固定することで、コンデンサケース３３０を車両に固定する。ブラケット３３４が固定される位置は、車両のホイールエプロン（図示せず）に設けられたブラケットや、ラジエータサポート、フロアパネルおよびフレームなど、車両の形状やスペースに応じて適宜の位置を選択すればよい。なお、インバータケース３１０をコンデンサケース３３０に固定する方法は、フランジを用いた方法に限られず、フランジを設けずにインバータケース３１０およびコンデンサケース３３０に一体的にボルト孔を設け、このボルト孔にボルトを挿入して、インバータケース３１０をコンデンサケース３３０に固定するようにしてもよい。また、その他、ボルト以外の固定用具を用いてもよい。さらに、コンバータケース３２０をコンデンサケース３３０に固定するようにしてもよい。

インバータ３０２およびコンバータ３０４は、トランジスタなどの半導体素子により構成される。そのため、インバータ３０２およびコンバータ３０４は小型化することができる。また、インバータ３０２およびコンバータ３０４の数や大きさ、すなわち形状は、エンジン１００やモータ５００の出力、すなわちＰＣＵ３００を流れる電力の大きさには依存せず、異なる車種（仕様や諸元などが異なる車両）において、共通の形状とすることができる。したがって、インバータケース３１０とコンバータケース３２０は、異なる車種や、仕様や諸元が異なる車両において、共通の形状のものを使用することができる。一方、コンデンサ３０６は、エンジン１００やモータ５００の出力、すなわちＰＣＵ３００を流れる電力が異なれば、その電力に応じた容量が必要となり、コンデンサ３０６の大きさや数、すなわち形状が異なる。したがって、このコンデンサ３０６の形状に応じて、すなわち車種や、車両の仕様や諸元に応じて、コンデンサケース３３０の形状は、必然的に専用の形状となる。

図３（Ａ）および（Ｂ）を参照して、インバータケース３１０、コンバータケース３２０およびコンデンサケース３３０の形状についてさらに説明する。図３（Ａ）に示すＰＣＵ３００と、図３（Ｂ）に示すＰＣＵ３００とでは、搭載される車種（車両の仕様や諸元）が異なっている。そのため、図３（Ａ）に示すコンデンサケース３３０と図３（Ｂ）に示すコンデンサケース３４０とは形状が異なる。図３（Ａ）のコンデンサケース３３０と、図３のコンデンサケース３４０とを比較した場合、コンデンサケース３３０のほうが、コンデンサケース３４０に比べて小さい。また、コンデンサケース３３０には、１つの側面に２つのブラケット３３４が設けられているが、コンデンサケース３４０には、２つの側面にブラケット３３４が１つずつ設けられている。このように、コンデンサケース３３０およびコンデンサケース３４０は、車種（車両の仕様や諸元）に応じた専用の形状のものが用いられる。一方、インバータケース３１０およびコンバータケース３２０は、図３（Ａ）および（Ｂ）において、共通の形状である。

以上のような構造を有するＰＣＵ３００の作用について説明する。

ＰＣＵ３００を、車種（車両の仕様や諸元）が異なる第１の車両と第２の車両とに搭載する場合を想定する。第１の車両には、図３（Ａ）に示すＰＣＵ３００を搭載する。第２の車両には、図３（Ｂ）に示すＰＣＵ３００を搭載する。この場合、第１の車両および第２の車両において、インバータケース３１０およびコンバータケース３２０は、共通のものが搭載されている。一方、第１の車両には、第１の車両専用に設計されたコンデンサケース３３０が搭載される。第２の車両には、第２の車両専用に設計されたコンデンサケース３４０が搭載される。このように、コンデンサケースのみを専用の部品として車両に固定し、このコンデンサケースにインバータケース３１０およびコンバータケース３２０を固定することにより、第１の車両および第２の車両において、共通のインバータケース３１０およびコンバータケース３２０を使用することができる。

以上のように、本実施の形態に係る電気機器であるＰＣＵにおいては、コンデンサケースを車両に固定し、このコンデンサケースに、インバータケースおよびコンバータケースを固定している。これにより、車種や、車両の仕様や諸元に応じて必然的に異なる形状を有するコンデンサケースのみを専用部品とし、インバータケースおよびコンバータケースを車種や、車両の仕様や諸元によらず共通部品として、ＰＣＵを車両に搭載することができる。このため、インバータケースおよびコンバータケースについて量産効果を向上させて、コストを抑制することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変換が含まれることが意図される。

車両の全体構成を示す制御ブロック図である。 ＰＣＵの内部を示す分解斜視図である。 ＰＣＵを示す斜視図である。

符号の説明

３００ ＰＣＵ、３０２ インバータ、３０４ コンバータ、３０６ コンデンサ、３１０ インバータケース、３１２ 溝部、３１４，３１６，３２６，３３２ フランジ、３２０ コンバータケース、３３０，３４０ コンデンサケース、３３４ ブラケット、４００ バッテリ、５００ モータ。

Claims (6)

1. 車両に搭載される電気機器であって、前記電気機器は、電力を蓄電する蓄電機構と、電力を変換する変換機構とを含み、前記蓄電機構は、車両の仕様や諸元に応じて異なる形状を有し、
   前記蓄電機構を保持するための蓄電機構保持手段と、
   前記蓄電機構保持手段を前記車両に固定するための蓄電機構固定手段と、
   前記蓄電機構保持手段とは別体であって、前記変換機構を保持するための変換機構保持手段と、
   前記変換機構保持手段を、前記蓄電機構保持手段に固定するための変換機構固定手段とを含む、電気機器。
2. 前記変換機構は、第１の変換機構と、前記第１の変換機構とは異なる第２の変換機構とを含み、
   前記変換機構保持手段は、
   前記第１の変換機構を保持するための第１の変換機構保持手段と、
   前記第２の変換機構を保持するための第２の変換機構保持手段とを含み、
   前記電気機器は、
   前記第１の変換機構保持手段と第２の変換機構保持手段とを互いに固定するための手段と、
   前記第１の変換機構保持手段および第２の変換機構保持手段のうちいずれか一方を前記蓄電機構保持手段に固定するための手段と、
   前記第１の変換機構および前記第２の変換機構を冷却する冷却媒体が流通するための、前記第１の変換機構保持手段と前記第２の変換機構保持手段との間に設けられた冷却流路とをさらに含む、請求項１に記載の電気機器。
3. 前記車両には、駆動力を発生するモータと、前記モータに供給される電力を蓄える駆動用蓄電機構とが搭載され、前記車両は、前記モータからの駆動力により走行し、
   前記第１の変換機構および前記第２の変換機構は、前記駆動用蓄電機構に蓄えられた電力を変換するための手段を含み、
   前記電気機器は、前記第１の変換機構および前記第２の変換機構により変換された電力を前記モータに供給するための手段をさらに含む、請求項２に記載の電気機器。
4. 前記第１の変換機構は、インバータであり、
   前記第１の変換機構保持手段は、前記インバータを収容するための手段を含む、請求項２または３に記載の電気機器。
5. 前記第２の変換機構は、コンバータであり、
   前記第２の変換機構保持手段は、前記コンバータを収容するための手段を含む、請求項２または３に記載の電気機器。
6. 前記蓄電機構は、コンデンサであり、
   前記蓄電機構保持手段は、前記コンデンサを収容するための手段を含む、請求項１ないし５のいずれかに記載の電気機器。

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