JP2010202103A - 車両用インバータの搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用インバータの搭載構造において、車両衝突時に、インバータの損傷を抑制することができるようにする。
【解決手段】インバータ２４の搭載構造においては、車両衝突時に、インバータ２４を、これをエンジンコンパートメント４６内に固定する位置から隔壁４４に向けてガイドするガイド機構を有することを特徴とする。この構成により、インバータ２４は、車両衝突時に、ガイド機構に沿って退避することができるので、インバータ２４が予期せぬ方向に移動して他の機器に接触してしまうことを防ぎ、インバータ２４の損傷を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリとモータとの間で授受される電力を制御するインバータを、車室より前方に位置し、車室と隔壁により仕切られた区画に搭載する車両用インバータの搭載構造の改良に関する。

近年、環境問題を考慮して、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などのように、モータの出力により走行する車両が注目されている。このような車両には、モータに接続される電源として充放電可能なバッテリとともに、モータとバッテリの間で授受される電力を制御するインバータが搭載されている。

このインバータは、ハイブリッド車両においては、一般的に、エンジンとモータが収容されるエンジンコンパートメントに搭載される。エンジンコンパートメントは、車室より前方に位置し、車室と隔壁により仕切られた区画である。このように構成される車両においては、車両の衝突時には、エンジンコンパートメントが変形してしまい、インバータが破損してしまうおそれがある。インバータが破損してしまうと、インバータ内を流れる高圧の電流が車体へと漏電し、電気事故が発生してしまう。そこで、車両の衝突時には、エンジンコンパートメント内で固定されているインバータが退避できるように、衝撃力によりインバータの固定が解除される構造を採用している。

下記特許文献１には、エンジンルーム内にエンジンを配設したアンダーカバー構造であって、車両の衝突時に、アンダーカバーがエンジンと共に後退することができるアンダーカバー構造が開示されている。

下記特許文献２には、電池モジュールを車体に取り付ける電気自動車の車体構造が開示されている。この文献の車体構造においては、衝突時に車体が変形しても、固定位置から移動した電池モジュールを受け止めることができるので、電池モジュールの脱落を阻止することができる。

特開２００８−３０５２４号公報 特開２００３−３４４１４８号公報

従来のインバータの搭載構造においては、車両の衝突時に、エンジンコンパートメント内で固定されているインバータが退避できるように、衝撃力によりインバータの固定が解除される構造を採用している。しかしながら、車両の衝突時に、衝撃力によりインバータの固定が解除されると、インバータが予期せぬ方向に移動して、エンジンコンパートメント内の他の機器に接触してしまい、インバータが破損してしまうという問題があった。

本発明の目的は、車両衝突時に、インバータが他の機器に接触してしまうことを防ぎ、インバータの損傷を抑制することができる車両用インバータの搭載構造を提供することにある。

本発明は、車室より前方に位置し、車室と隔壁により仕切られた区画に、バッテリとモータとの間で授受される電力を制御するインバータを搭載する車両用インバータの搭載構造において、車両衝突時に、インバータを、これを区画内に固定する位置から隔壁に向けてガイドするガイド機構を有することを特徴とする。

また、インバータの下面に形成されるアンダーカバーと、アンダーカバーに接触して、インバータを区画内に固定するトレイと、を有し、ガイド機構は、アンダーカバーとトレイに形成されることが好適である。

また、ガイド機構は、アンダーカバーに前後方向に沿って形成され、アンダーカバーを補強するアンダーカバー用リブと、トレイの前後方向に沿って形成され、トレイを補強するトレイ用リブとから構成され、ガイド機構は、アンダーカバー用リブとトレイ用リブとが互いに接触することにより、インバータをガイドすることができる。

また、ガイド機構は、アンダーカバー用リブとトレイ用リブとが嵌り合うことにより、インバータをガイドすることができる。

本発明の車両用インバータの搭載構造によれば、車両衝突時に、インバータが他の機器に接触してしまうことを防ぎ、インバータの損傷を抑制することができる。

本実施形態のハイブリッド車両の概略構成を示す図である。 エンジンコンパートメントに収容されたインバータの搭載構造を上面から見たときの概略構成を示す図である。 エンジンコンパートメントに収容されたインバータの搭載構造を側面から見たときの概略構成を示す図である。 インバータを下面から見たときの概略構成を示す図である。 インバータを固定するトレイの概略構成を示す図である。 図２のＡ−Ａ方向から見た、本実施形態のインバータの搭載構造の要部を示す断面図である。 図２のＡ−Ａ方向から見た、別の実施形態のインバータの搭載構造の要部を示す断面図である。

本発明に係る車両用インバータ（以下、単にインバータと記す）の搭載構造の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、モータとエンジンとの出力により走行するハイブリッド車両を挙げ、この車両に搭載されたインバータの搭載構造について説明する。なお、本発明は、ハイブリッド車両に搭載されたインバータの搭載構造に限らず、モータの出力のみにより走行する電気自動車または燃料電池自動車に搭載されたインバータの搭載構造にも適用することができる。

図１は、本実施形態に係るインバータを搭載するハイブリッド車両（以下、単に車両と記す）１０の概略構成を示す図である。

車両１０は、原動機としてエンジン１２と、第一のモータ（以下、第一ＭＧと記す）１４と、第二のモータ（以下、第二ＭＧと記す）１６とを有する。原動機１２，１４，１６には、これらの動力を分配、統合する動力分配統合機構１８が接続されている。動力分配統合機構１８には、減速機構２０を介して駆動輪２２が接続されている。各原動機１２，１４，１６の動力は、動力分配統合機構１８により統合された後、減速機構２０を介して駆動輪２２に伝達され、車両１０が走行する。

車両１０は、エンジン１２と第一及び第二ＭＧ１４，１６の出力を制御することにより、様々な態様の走行を行うことができる。例えば、エンジン１２または第二ＭＧ１６のどちらか一方で走行する、エンジン１２と第二ＭＧ１６とを協調して走行する、またエンジン１２の出力の一部により第一ＭＧ１４で発電を行うなど様々な態様の走行を行うことができる。さらに、減速時において、駆動輪２２から入力される車両１０の運動エネルギにより第二ＭＧ１６で回生発電を行うこともできる。

第一及び第二ＭＧ１４，１６は、発電機として機能するとともに、電動機として機能する同期モータである。第一及び第二ＭＧ１４，１６は、インバータ２４を介してバッテリ２６に電気的に接続される。

バッテリ２６は、充放電可能な二次電池、例えばニッケル水素二次電池またはリチウムイオン二次電池などで構成される。バッテリ２６は、複数のセルを直列に接続して構成されるモジュールを複数有し、これらのモジュールをさらに直列接続している。すなわち、バッテリ２６は、直列接続されたモジュールに含まれるセルをすべて直列接続している。これにより、バッテリ２６は、車両１０を駆動するのに必要な高電圧を確保する。なお、バッテリ２６は、大容量コンデンサとすることもできる。

インバータ２４は、バッテリ２６と、第一及び第二ＭＧ１４，１６との間で授受される電力を制御する装置であり、コンバータ部２８と、第一インバータ部３０と、第二インバータ部３２とを有する。なお、本発明は、インバータ２４が有するインバータ部の数に限定されない。また、本実施形態においては、インバータ２４が、コンバータ部２８を有する場合について説明するが、この構成に限定されず、インバータ２４とは別体でコンバータ部２８を車両１０に搭載することもできる。

コンバータ部２８は、リアクトルとスイッチング素子とを有し、スイッチング素子のスイッチング動作によりリアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出とを繰り返し、入力電圧を変換して出力電圧を得る装置である。本実施形態のコンバータ部２８は、直流電力を昇圧および降圧する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。

第一及び第二インバータ部３０，３２は、第一及び第二ＭＧ１４，１６にそれぞれ対応して設けられている。第一及び第二インバータ部３０，３２は、６個のスイッチング素子を含む三相ブリッジ回路を有し、これらのスイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする装置である。

バッテリ２６に蓄えられた電力は、インバータ２４に供給されると、コンバータ部２８により昇圧され、第一及び第二インバータ部３０，３２に供給される。そして、昇圧された電力は、第一及び第二インバータ部３０，３２により直流電力から三相交流電力に変換された後に、第一及び第二ＭＧ１４，１６に供給されて、これらのＭＧ１４，１６を駆動する。また、回生時に第一及び第二ＭＧ１４，１６で発電された電力は、インバータ２４に供給されると、第一及び第二インバータ部３０，３２により三相交流電力から直流電力に変換された後に、コンバータ部２８に供給される。そして、直流電力は、コンバータ部２８により降圧された後に、バッテリ３０に送られて蓄えられる。

次に、インバータ２４の搭載構造について図２，３を用いて説明する。図２は、インバータ２４の搭載構造を上面から見たときの概略構成を示す図である。図３は、インバータ２４の搭載構造を側面から見たときの概略構成を示す図である。

本実施形態における車両１０においては、車室４２の前方に位置し、車室４２と隔壁４４により仕切られた区画であるエンジンコンパートメント４６にインバータ２４が収容される。インバータ２４は、薄板状のトレイ４０の上に設置される。エンジンコンパートメント４６には、エンジン１２、第一及び第二ＭＧ１４，１６、動力分配統合機構１８および減速機構２０などの機器（例えば、図２の一点鎖線）も収容される。

トレイ４０は、車両１０のフレーム（図示せず）に固定されている。本実施形態のトレイ４０は、図３に示されるように、車両１０の前方から後方にかけて折れ曲がって構成されている。具体的には、車両１０の前方に平坦な前方フラット部４０ａと、これの後方に接続し、車両１０の後方に向かうにつれて徐々に上方へと上がるように形成された傾斜部４０ｂと、これの後方に接続し、平坦な後方フラット部４０ｃとから構成される。前方フラット部４０ａと傾斜部４０ｂの前方側とには、インバータ２４が載せされる。

トレイ４０は、インバータ２４を固定するブラケット４８を有する。ブラケット４８は、前方フラット部４０ａに取り付けられている。ブラケット４８には、ボルト５２が貫通するブラケット孔４８ａが形成されている。インバータ２４は、これの外周から外側に突出するフランジ５０を有する。フランジ５０には、ボルト５２が貫通するフランジ孔５０ａが形成されている。インバータ２４をトレイ４０の上に配置して、ボルト５２を、フランジ５０とブラケット４８に貫通させて締め付けることにより、インバータ２４がトレイ４０に固定される。なお、本実施形態におけるインバータ２４とトレイ４０においては、図２に示されるように、ボルト５２により固定される固定箇所が２つであるが、この個数は一例であって、本発明はこの数に限定されない。

このように構成される車両１０においては、車両１０が障害物に衝突した際、衝撃力によりインバータ２４の固定が解除され、インバータ２４が退避できる構造になっている。具体的には、車両衝突時の衝撃力により、ブラケット４８が前方フラット部４０ａから取り外されることにより、トレイ４０に対するインバータ２４の固定が解除される。

従来のインバータの搭載構造においては、車両の衝突時の衝撃力によりインバータの固定が解除された場合、インバータが予期せぬ方向に移動してしまう。インバータの周囲には、図２の一点鎖線で示されるように他の機器は配置されている。このため、インバータの移動方向によっては、インバータと他の機器とが接触してしまい、インバータが破損してしまうという問題があった。

このような問題を解決するために、本実施形態のインバータ２４の搭載構造においては、車両衝突時に、インバータ２４を、これをエンジンコンパートメント４６内に固定する位置から隔壁４４に向けてガイドするガイド機構を有することを特徴とする。この構成により、インバータ２４は、車両衝突時に、ガイド機構に沿って退避することができるので、インバータ２４が予期せぬ方向に移動して他の機器の接触してしまうことを防ぎ、インバータ２４の損傷を抑制することができる。

次に、ガイド機構について、図４から図６を用いて具体的に説明する。図４は、インバータ２４を下面から見たときの概略構成を示す図である。図５は、インバータ２４を固定するトレイ４０の概略構成を示す図である。図６は、図２のＡ−Ａ方向から見た、インバータ２４の搭載構造の要部を示す断面図である。

インバータ２４の下面にはアンダーカバー５４が形成される。アンダーカバー５４には、これを補強するために、車両１０の前方から後方へ延在するようにアンダーカバー用リブ５６が形成されている。アンダーカバー用リブ５６は、インバータ２４の内部側、すなわち紙面の裏側に凹むように形成されている。なお、本実施形態におけるインバータ２４においては、図４に示されるように、アンダーカバー５４にアンダーカバー用リブ５６が２本形成されているが、この本数は一例であって、本発明はこの数に限定されない。

トレイ４０の傾斜部４０ｂと後方フラット部４０ｃとには、これらを補強するために、車両１０の前方から後方へ延在するようにトレイ用リブ５８が形成されている。トレイ用リブ５８は、トレイ４０の上方、すなわち紙面の表側に突出するように形成されている。なお、本実施形態におけるトレイ４０においては、図５に示されるように、傾斜部４０ｂと後方フラット部４０ｃとにトレイ用リブ５８が２本形成されているが、この本数は一例であって、本発明はこの数に限定されない。

本実施形態のガイド機構は、アンダーカバー用リブ５６とトレイ用リブ５８とが嵌り合って形成される。図６に示されるように、インバータ２４がトレイ４０に固定された状態において、アンダーカバー用リブ５６の後方側の一部と、トレイ用リブ５８の前方側の一部とが嵌り合っている。このように互いのリブ５６，５８が嵌り合うことにより、車両衝突時にインバータ２４の固定が解除された際、インバータ２４の移動が一定の方向に規制される。すなわち、インバータ２４は、トレイ用リブ５８に沿って車両１０の後方に、隔壁４４に向けてガイドされることになる。したがって、車両衝突時に、インバータ２４が予期せぬ方向に移動して他の機器に接触してしまうことを防ぎ、インバータ２４の損傷を抑制することができる。

本実施形態においては、ガイド機構は、アンダーカバー用リブ５６とトレイ用リブ５８とが嵌り合って形成される場合について説明したが、この構成に限定されず、ガイド機構が、アンダーカバー用リブ５６とトレイ用リブ５８とが互いに接触するように形成されていればよい。

この態様の一例について、図７を用いて説明する。図７は、図２のＡ−Ａ方向から見た、別の実施形態のインバータ２４の搭載構造の要部を示す断面図である。アンダーカバー５４には、アンダーカバー用リブ５６が下方に突出するように形成されている。アンダーカバー用リブ５６は、アンダーカバー５４の前後方向に沿って、所定の間隔を空けて２本形成されている。一方、トレイ４０（上記実施形態と同様に、傾斜部４０ｂと後方フラット部４０ｃ）には、トレイ用リブ５８が上方に突出するように形成されている。トレイ用リブ５８は、トレイ４０の前後方向に沿って１本形成されている。そして、本実施形態のガイド機構は、インバータ２４がトレイ４０に固定された状態において、２本のアンダーカバー用リブ５６の間にトレイ用リブ５８は入り込み、互いのリブ５６，５８が接触するように構成される。この構成により、車両衝突時にインバータ２４の固定が解除された際、インバータ２４は、トレイ用リブ５８に沿って車両１０の後方に、隔壁４４に向けてガイドされることになる。したがって、車両衝突時に、インバータ２４が予期せぬ方向に移動して他の機器に接触してしまうことを防ぎ、インバータ２４の損傷を抑制することができる。

上記２つの実施形態においては、トレイ用リブ５８が、傾斜部４０ｂと後方フラット部４０ｃに前後方向に沿って形成される場合について説明したがこの構成に限定されない。トレイ用リブ５８が、前方フラット部４０ａまで伸びて形成されてもよい。このように構成されることにより、インバータ２４がトレイ４０に固定された状態において、アンダーカバー用リブ５６とトレイ用リブ５８とが嵌り合う長さが大きくなる。したがって、車両衝突時に、インバータ２４をより確実にガイドすることができる。

１０ 車両、１４ 第一ＭＧ、１６ 第二ＭＧ、２４ インバータ、２６ バッテリ、４０ トレイ、４２ 車室、４４ 隔壁、４６ エンジンコンパートメント、５４ アンダーカバー、５６ アンダーカバー用リブ、５８ トレイ用リブ。

Claims (4)

1. 車室より前方に位置し、車室と隔壁により仕切られた区画に、バッテリとモータとの間で授受される電力を制御するインバータを搭載する車両用インバータの搭載構造において、
   車両衝突時に、インバータを、これを区画内に固定する位置から隔壁に向けてガイドするガイド機構を有する、
   ことを特徴とする車両用インバータの搭載構造。
2. 請求項１に記載の車両用インバータの搭載構造において、
   インバータの下面に形成されるアンダーカバーと、
   アンダーカバーに接触して、インバータを区画内に固定するトレイと、
   を有し、
   ガイド機構は、アンダーカバーとトレイに形成される、
   ことを特徴とする車両用インバータの搭載構造。
3. 請求項２に記載の車両用インバータの搭載構造において、
   ガイド機構は、アンダーカバーに前後方向に沿って形成され、アンダーカバーを補強するアンダーカバー用リブと、トレイの前後方向に沿って形成され、トレイを補強するトレイ用リブとから構成され、
   ガイド機構は、アンダーカバー用リブとトレイ用リブとが互いに接触することにより、インバータをガイドする、
   ことを特徴とする車両用インバータの搭載構造。
4. 請求項３に記載の車両用インバータの搭載構造において、
   ガイド機構は、アンダーカバー用リブとトレイ用リブとが嵌り合うことにより、インバータをガイドする、
   ことを特徴とする車両用インバータの搭載構造。

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