JP2006262673A - 電力変換装置およびそれを搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストかつ省スペースで衝突安全性を向上した電力変換装置を提供する。
【解決手段】 カバー３２内には、高電圧が印加される電力変換器が格納される。外部電力線のコネクタが組付けられるコネクタ組付部３４は、カバー３２の外部に設けられており、固定部材３８によって車両本体４０に固定されている。支持部材４２は、ケース３６によるコネクタ組付部３４と電力変換器本体側との結合部とは異なるカバー３２およびコネクタ組付部３４の下面において、カバー３２とコネクタ組付部３４との間に架設される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、電力変換装置およびそれを搭載した車両に関し、特に、車両衝突時の衝突安全性に配慮した電力変換装置の構造に関する。

動力源として電動機を用いるハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）や電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの車両においては、インバータやコンバータなどの電力変換装置が搭載される。これらの電力変換装置においては、高出力の電動機に対応して高電圧が印加されるため、車両衝突時の衝突安全性に十分に配慮する必要がある。

特開２００１−９７０５２号公報（特許文献１）は、車両衝突時における高い安全性を実現する車載用補機部品の取付構造を開示する。この取付構造においては、車両のエンジンルーム内に配置される補機部品は、車両の前後方向に対して傾斜した状態で配置され、支持部材を介して車体の補強部材に組み付けられる。そして、支持部材の補強部材への組付は係止のみとされ、エンジンルームが圧縮変形した際に補機部品を移動可能とする。

この取付構造によれば、車両衝突時に補機部品による後方への衝撃の伝達を防止するとともにハーネス類の断線を防止して、衝突時においても高い安全性を実現することができる（特許文献１参照）。
特開２００１−９７０５２号公報 特開２００４−８２９４０号公報 特開２００３−９３０１号公報 特開平６−２７０６９７号公報

しかしながら、特開２００１−９７０５２号公報では、衝突の際の補機部品の変形および破損については、特に考慮されていない。たとえば、電力変換装置において、コスト低減や取扱いの容易さなどから、外部電力線のコネクタを組付けるためのコネクタ組付部を電力変換器本体が格納されるケースの外部に設ける場合がある。そして、コネクタ組付部を車両本体に固定し、それによって電力変換装置を車両本体に固定する場合がある。

このような構成の場合、車両の衝突によって電力変換器本体の格納ケースに外力が加えられると、車両本体と接続されているコネクタ組付部にその外力が集中し、高電圧が印加されているコネクタ組付部が変形および破損することも考えられる。また、コネクタ組付部の変形および破損によりコネクタ組付部が電力変換器本体の格納ケースに接触し、ケースが変形または破損することによって、ケース内の電力変換器本体の破損を招くことも考えられる。電力変換装置は、車両のバンパーよりも高い位置に配置されることが多いため、バンパーよりも高い位置にある衝突物との衝突時には、特に問題となる。

そこで、上述した特開２００１−９７０５２号公報のように車両衝突時に補機部品による後方への衝撃の伝達を防止するだけでなく、車両衝突時における電力変換装置の変形および破損の防止を図り、衝突安全性をさらに高めることが要求される。また、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両においては、低コスト化および小型化が強く要求されるため、低コストかつ省スペースで効果的に衝突安全性を向上させる必要がある。

なお、特開２００１−９７０５２号公報で開示される構成は、補機部品の移動を確保するためのスペースが必要であり、車両の小型化を阻害してしまうという問題もある。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低コストかつ省スペースで衝突安全性を向上した電力変換装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、低コストかつ省スペースで衝突安全性を向上した電力変換装置を搭載した車両を提供することである。

この発明によれば、電力変換装置は、電力変換器と、電力変換器を格納する筐体と、筐体の外部に設けられ、電力変換器と電力を送受する外部電力線のコネクタが組付けられるコネクタ組付部と、コネクタ組付部を車両本体に固定する固定部材と、コネクタ組付部と筐体との結合部とは異なる部位において、コネクタ組付部と筐体との間に架設される支持部材とを備える。

好ましくは、電力変換器は、インバータを含む。

この発明による電力変換装置においては、車両の衝突によって電力変換器を格納する筐体に外力が加えられたとき、支持部材は、コネクタ組付部と筐体との結合部にかかる力の一部を負担する。これにより、コネクタ組付部と筐体との結合部に外力が集中することが防止され、応力集中によるコネクタ組付部の変形および破損、ならびにコネクタ組付部の変形および破損によるコネクタ組付部と電力変換器の筐体との接触が防止される。

したがって、この発明による電力変換装置によれば、コネクタ組付部および電力変換器の破損を防止することができ、車両衝突時の衝突安全性が向上する。そして、筐体やコネクタ組付部の構造自体を変更することなく必要最小限の部材（支持部材）で実現できるので、省コスト化および省スペース化を図ることができる。

好ましくは、コネクタ組付部と筐体との結合部は、筐体およびコネクタ組付部が互いに対向する部分の第１の端部に設けられ、支持部材は、対向部分において第１の端部と対向する第２の端部において、コネクタ組付部と筐体との間に架設される。

この電力変換装置においては、支持部材は、筐体およびコネクタ組付部の対向部分においてコネクタ組付部と筐体との結合部と対向する端部（第２の端部）に設けられるので、車両の衝突によって加えられた外力が結合部および支持部材を介してコネクタ組付部および筐体に広く分散される。

したがって、この電力変換装置によれば、加えられた外力の集中が効果的に回避され、コネクタ組付部および電力変換器の破損をより確実に防止することができる。

好ましくは、電力変換装置は、筐体においてコネクタ組付部と対向する部分を補強する補強部材をさらに備える。

この電力変換装置においては、仮に、車両の衝突によって加えられた外力によってコネクタ組付部が変形して電力変換器の筐体と接触しても、筐体のコネクタ組付部と対向する部分が補強部材により補強されているので、筐体の変形および破損が防止される。

したがって、この電力変換装置によれば、筐体内部に格納される電力変換器の破損をより確実に防止することができる。

好ましくは、電力変換装置は、筐体において支持部材と係合する部分を補強する補強部材をさらに備える。

この電力変換装置においては、筐体において支持部材と係合する部分には応力集中が発生し、筐体の変形および破損が発生し得るところ、その支持部材との係合部分が補強部材により補強されているので、筐体の変形および破損が防止される。

したがって、この電力変換装置によれば、筐体内部に格納される電力変換器の破損をより確実に防止することができる。

また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの電力変換装置を車両前方のエンジンルームに搭載する。

この発明による車両においては、衝突によりエンジンルームが圧縮変形し、電力変換器を格納する筐体に外力が加えられたとき、コネクタ組付部と筐体との結合部にかかる力の一部を支持部材が負担するので、コネクタ組付部と筐体との結合部に外力が集中することが防止される。その結果、応力集中によるコネクタ組付部の変形および破損、ならびにコネクタ組付部の変形および破損によるコネクタ組付部と電力変換器の筐体との接触が防止される。

したがって、この発明による車両によれば、衝突時における電力変換装置の破損を防止することができ、その結果、車両衝突時の衝突安全性が向上する。そして、筐体やコネクタ組付部の構造自体を変更することなく必要最小限の部材（支持部材）で実現できるので、車両の低コスト化および小型化を阻害することはない。

この発明によれば、低コスト化かつ省スペース化を阻害することなく車両衝突時の衝突安全性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による車両の一例として示されるハイブリッド自動車の概略構成図である。図１を参照して、このハイブリッド自動車１０は、バッテリ１２と、パワーコントロールユニット（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、以下「ＰＣＵ」と称する。）１４と、動力出力装置１６と、前輪１８Ｒ，１８Ｌと、後輪２０Ｒ，２０Ｌとを備える。

バッテリ１２は、充放電可能な電池であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。バッテリ１２は、たとえば、車両後方に搭載される。そして、バッテリ１２は、発生した直流電力をＰＣＵ１４へ供給し、また、ＰＣＵ１４から出力される直流電力を蓄電する。

ＰＣＵ１４は、車両前方のエンジンルーム２２内に配設される。ＰＣＵ１４は、バッテリ１２から受ける直流電圧を交流電圧に変換し、その変換した交流電圧を動力出力装置１６に含まれるモータジェネレータ（図示せず、以下同じ。）へ出力する。また、ＰＣＵ１４は、動力出力装置１６に含まれるモータジェネレータが発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をバッテリ１２へ出力する。

動力出力装置１６は、エンジン（図示せず、以下同じ。）およびモータジェネレータを含み、車両前方のエンジンルーム２２内に配設される。動力出力装置１６は、モータジェネレータおよび／またはエンジンにより動力を発生し、その発生した動力を駆動軸へ出力して前輪１８Ｒ，１８Ｌを駆動する。また、動力出力装置１６は、前輪１８Ｒ，１８Ｌからの回転力およびエンジンの出力を用いてモータジェネレータにより発電し、その発電した電力をＰＣＵ１４へ出力する。

前輪１８Ｒ，１８Ｌは、このハイブリッド自動車１０の駆動輪であり、後輪２０Ｒ，２０Ｌは、従属輪である。

図２は、図１に示したＰＣＵ１４の側面図であり、図３は、図２に示したＰＣＵ１４を下方から見たときの平面図である。図２，図３を参照して、このＰＣＵ１４は、図示されないインバータや昇圧コンバータなどの電力変換器と、カバー３２と、コネクタ組付部３４と、ケース３６と、固定部材３８と、支持部材４２とを備える。

カバー３２は、金属製の薄板からなり、たとえば鉄からなる。カバー３２は、インバータや昇圧コンバータなどの電力変換器を内部に格納する。そして、カバー３２は、ボルトによってケース３６に取付けられる。

コネクタ組付部３４は、カバー３２内に格納される電力変換器と電力を送受する外部電力線のコネクタをこのＰＣＵ１４に組付けるために設けられる。すなわち、外部電力線のコネクタは、このコネクタ組付部３４に組付けられ、コネクタ組付部３４は、カバー３２内に格納される電力変換器に対して外部電力線を電気的に接続する。このコネクタ組付部３４は、コスト低減や取扱いの容易さなどから、電力変換器本体とは別にカバー３２の外部に設けられる。そして、このコネクタ組付部３４は、ケース３６と一体成型される。

ケース３６は、金属製の薄板からなり、たとえばアルミからなる。ケース３６には、カバー３２内に格納される電力変換器が固定される。すなわち、電力変換器は、ケース３６に固設され、ケース３６の下方からカバー３２が取付けられた構成となっている。

固定部材３８は、エンジンルーム内においてコネクタ組付部３４を車両本体４０に固定する。すなわち、カバー３２は、取外し可能なものであり、また強度も十分でないため、ケース３６と一体成型されるコネクタ組付部３４が車両本体４０に固定される。

支持部材４２は、一定の強度を有する部材からなり、たとえば鉄などの金属からなる。支持部材４２は、カバー３２とコネクタ組付部３４との間に架設され、この実施の形態１では、カバー３２およびコネクタ組付部３４の下面に接合される。この支持部材４２は、車両の衝突によって車両前方方向からこのＰＣＵ１４に外力が加えられたとき、カバー３２からケース３６を介してコネクタ組付部３４へ伝達する力の一部を負担する。これにより、コネクタ組付部３４の上部近傍に発生する応力集中が緩和される。

言い換えると、支持部材４２によりコネクタ組付部３４をカバー３２と接続することによって、車両の衝突時に受ける外力をカバー３２にも負担させる。これにより、車両の衝突時に受ける外力をカバー３２、コネクタ組付部３４、ケース３６および支持部材４２の全体で負担し、応力集中による変形および破損の防止を図る。

また、支持部材４２は、カバー３２およびコネクタ組付部３４の上面側（第１の端部）に位置するケース３６と対向してカバー３２およびコネクタ組付部３４の下面（第２の端部）に架設される。これにより、車両の衝突時に受ける外力がカバー３２およびコネクタ組付部３４に広く分散され、応力集中が効果的に緩和される。

このように、支持部材４２が設けられることによって、車両の衝突時にコネクタ組付部３４の上部近傍に発生する応力集中が緩和され、コネクタ組付部３４の変形および破損が防止される。そして、コネクタ組付部３４の変形および破損が防止されることにより、コネクタ組付部３４とカバー３２との衝突が防止され、カバー３２内に格納される電力変換器の破損が防止される。

図４は、図１に示したハイブリッド自動車１０のパワートレーンを示す全体ブロック図である。図４を参照して、ＰＣＵ１４は、昇圧コンバータ５２と、インバータ５４，５６と、平滑コンデンサＣとを含む。また、動力出力装置１６は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構５８と、ギヤ６０と、エンジンＥＮＧとを含む。

昇圧コンバータ５２は、バッテリ１２からの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧をインバータ５４，５６へ出力する。また、昇圧コンバータ５２は、インバータ５４，５６から受ける直流電圧を降圧してバッテリ１２を充電する。

インバータ５４は、昇圧コンバータ５２からの直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ５４は、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電圧を整流し、その整流した直流電圧を昇圧コンバータ５２へ出力する。

インバータ５６は、昇圧コンバータ５２からの直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２を駆動する。また、インバータ５６は、モータジェネレータＭＧ２が発電した交流電圧を整流し、その整流した直流電圧を昇圧コンバータ５２へ出力する。

モータジェネレータＭＧ１は、エンジンＥＮＧによって駆動される発電機として動作するものとしてこのハイブリッド自動車１０に組み込まれる。また、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド自動車１０の駆動輪である前輪１８Ｒ，１８Ｌを駆動する電動機としてハイブリッド自動車１０に組み込まれる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、回転電機であり、たとえば、３相交流同期電動発電機からなる。そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンＥＮＧの出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ５４へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ５４から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジンＥＮＧの始動も行なう。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ５６から受ける３相交流電圧によってハイブリッド自動車１０の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド自動車１０の回生制動時、３相交流電圧を発生してインバータ５６へ出力する。

エンジンＥＮＧは、動力分割機構５８およびギヤ６０を介して前輪１８Ｒ，１８Ｌを駆動するとともに、モータジェネレータＭＧ１に回転力を与える。また、エンジンＥＮＧは、モータジェネレータＭＧ１からの駆動力を受けて始動する。

動力分割機構は５８は、エンジンＥＮＧからの出力を前輪１８Ｒ，１８Ｌの駆動力およびモータジェネレータＭＧ１に与える回転力に分割する。また、動力分割機構は５８は、エンジンＥＮＧの始動時、モータジェネレータＭＧ１からの駆動力をエンジンＥＮＧへ伝達する。ギヤ６０は、モータジェネレータＭＧ２および動力分割機構５８からの回転数を減速して前輪１８Ｒ，１８Ｌへ出力する。

以上のように、この実施の形態１によれば、コネクタ組付部３４とカバー３２との間に架設される支持部材４２を設けたので、コネクタ組付部３４とケース３６との結合部近傍に発生する応力集中を緩和される。したがって、コネクタ組付部３４の変形および破損、ならびにコネクタ組付部３４の変形および破損によりコネクタ組付部３４がカバー３２に衝突することによる電力変換器の破損を防止することができる。すなわち、ハイブリッド自動車１０の衝突安全性が向上する。

そして、カバー３２やコネクタ組付部３４の構造自体の変更はなく、必要最小限の支持部材４２で衝突安全性の向上を実現でき、ハイブリッド自動車１０の低コスト化および小型化が阻害されることはない。

［実施の形態２］
図５は、この発明の実施の形態２におけるＰＣＵの側面図であり、図６は、図５に示したＰＣＵを下方から見たときの平面図である。図５，図６を参照して、このＰＣＵ１４Ａは、図２，図３に示した実施の形態１におけるＰＣＴ１４の構成において、補強部材４４をさらに備え、支持部材４２に代えて支持部材４２Ａを備える。

補強部材４４は、カバー３２のコネクタ組付部３４と対向する部分からカバー３２の外周に沿って車両前方方向に延び、カバー３２の外面の一部を覆うように配設される。そして、補強部材４４の下面に支持部材４２Ａが接合される。

この補強部材４４は、カバー３２においてコネクタ組付部３４と対向する部分を補強する目的で設けられる。すなわち、車両の衝突によってコネクタ組付部３４が仮に変形または破損したとしても、補強部材４４は、コネクタ組付部３４がカバー３２に直接接触するのを防止し、カバー３２の変形および破損を防止して、カバー３２内に格納される電力変換器を保護する。

また、補強部材４４は、カバー３２と支持部材４２Ａとの係合部近傍を補強する目的も有する。すなわち、カバー３２は薄板からなるため、支持部材をカバー３２に直接接合すると、外力の大きさによってはその接合部における応力集中によりカバー３２が変形することも考えられる。そこで、カバー３２の一部を覆うように補強部材４４を設け、この補強部材４４に支持部材４２Ａを接合させる。この補強部材４４により、カバー３２と支持部材４２Ａとの力の伝達は、カバー３２と補強部材４４とが接する部分全体を介して行なわれるので、カバー３２と支持部材４２Ａとの係合部近傍における応力集中が緩和され、カバー３２の変形および破損が防止される。

支持部材４２Ａは、実施の形態１で説明した支持部材４２と同じ構成からなるが、補強部材４４とコネクタ組付部３４との間に架設される点が支持部材４２と異なる。そして、この支持部材４２Ａも、車両の衝突によって車両前方方向からこのＰＣＵ１４Ａに外力が加えられたとき、カバー３２からケース３６を介してコネクタ組付部３４へ伝達する力の一部を負担する。これにより、コネクタ組付部３４の上部近傍に発生する応力集中が緩和される。

なお、この実施の形態２によるハイブリッド自動車の全体構成およびパワートレーンの構成は、実施の形態１によるハイブリッド自動車１０と同じである。

なお、上記においては、補強部材４４は、カバー３２の外面に沿って設けるものとしたが、補強部材４４に対応する部分のカバー３２の厚みを増すことによってカバー３２自体の強度を増加させてもよい。また、補強部材をカバー３２の内面に沿って設けてもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、カバー３２を補強する補強部材４４を設けたので、仮に、車両の衝突によって加えられた外力によってコネクタ組付部３４が変形しても、コネクタ組付部３４とカバー３２との直接の接触が防止される。また、カバー３２と支持部材との係合部分におけるカバー３２の変形および破損も防止される。したがって、カバー３２内に格納される電力変換器の破損をより確実に防止することができる。

なお、上記の各実施の形態１，２においては、支持部材４２，４２Ａは、図３，図６に示されるように三角形状としたが、支持部材４２，４２Ａの形状は、このような形状に限定されるものではない。

また、上記においては、カバー３２は、ケース３６と別部材であり、ボルトによってケース３６に取付けられるものとしたが、カバー３２は、ケース３６と一体成型されていてもよい。

また、上記においては、バッテリ１２は、充放電可能な二次電池としたが、燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）であってもよい。そして、上記においては、ＰＣＵ１４，１４Ａは、ハイブリッド自動車に搭載されるものとしたが、この発明の適用範囲は、ハイブリッド自動車に搭載された電力変換装置に限定されるものではなく、電気自動車や燃料電池車などに搭載されていてもよい。

なお、上記において、カバー３２は、この発明における「筐体」に対応する。また、補強部材４４は、この発明における「コネクタ組付部と対向する部分を補強する補強部材」および「支持部材と係合する部分を補強する補強部材」に対応する。

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、上記した実施の形態の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更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による車両の一例として示されるハイブリッド自動車の概略構成図である。 図１に示すＰＣＵの側面図である。 図２に示すＰＣＵを下方から見たときの平面図である。 図１に示すハイブリッド自動車のパワートレーンを示す全体ブロック図である。 この発明の実施の形態２におけるＰＣＵの側面図である。 図５に示すＰＣＵを下方から見たときの平面図である。

符号の説明

１０ ハイブリッド自動車、１２ バッテリ、１４，１４Ａ ＰＣＵ、１６ 動力出力装置、１８Ｒ，１８Ｌ 前輪、２０Ｒ，２０Ｌ 後輪、２２ エンジンルーム、３２ カバー、３４ コネクタ組付部、３６ ケース、３８ 固定部材、４０ 車両本体、４２，４２Ａ 支持部材、４４ 補強部材、５２ 昇圧コンバータ、５４，５６ インバータ、５８ 動力分割機構、６０ ギヤ、Ｃ 平滑コンデンサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＥＮＧ エンジン。

Claims (6)

1. 電力変換器と、
   前記電力変換器を格納する筐体と、
   前記筐体の外部に設けられ、前記電力変換器と電力を送受する外部電力線のコネクタが組付けられるコネクタ組付部と、
   前記コネクタ組付部を車両本体に固定する固定部材と、
   前記コネクタ組付部と前記筐体との結合部とは異なる部位において、前記コネクタ組付部と前記筐体との間に架設される支持部材とを備える電力変換装置。
2. 前記コネクタ組付部と前記筐体との結合部は、前記筐体および前記コネクタ組付部が互いに対向する部分の第１の端部に設けられ、
   前記支持部材は、前記対向部分において前記第１の端部と対向する第２の端部において、前記コネクタ組付部と前記筐体との間に架設される、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記筐体において前記コネクタ組付部と対向する部分を補強する補強部材をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記筐体において前記支持部材と係合する部分を補強する補強部材をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
5. 前記電力変換器は、インバータを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載した電力変換装置を車両前方のエンジンルームに搭載した車両。

Images