JP2013103586A - 電気自動車の電力制御ユニット支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＣＵと周辺部材との接触を防ぎ、ＰＣＵを保護できるとともに、ＰＣＵを安定して支持できる電気自動車のＰＣＵ支持構造を提供する。
【解決手段】バッテリから供給される電力を制御してモータに供給するＰＣＵ５を車体に支持する電気自動車のＰＣＵ支持構造において、ＰＣＵ５は、車体とは別体で車体に着脱可能に設けられたユニット支持フレーム３１を介して車体に支持され、ユニット支持フレーム３１は、ＰＣＵ５に上下方向で重なる位置に配置されるとともに、上下方向から見てＰＣＵ５を取り囲むように配置されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車の電力制御ユニット支持構造に関するものである。

従来から、電気自動車等において、車体前部に配置されたモータルーム内には、例えばモータと、モータの駆動を制御するインバータと、が収納されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の構成において、インバータは、前側下部の左右２箇所、及び後側下部の左右２箇所でフレームに締結されている。

特開２０１１−２０６２４号公報

ところで、上述した車両においては、例えば衝突等した場合に、車体に入力される衝撃荷重によりインバータの周辺部材（例えば、低電圧バッテリ等）がインバータに向けて押し込まれることになる。
このとき、上述した従来技術にあっては、衝突時に押し込まれた周辺部材がインバータに接触して、インバータが破損する等の虞がある。

また、インバータが下部でフレームに支持されているため、インバータとフレームとの固定点と、インバータの重心と、の距離が比較的遠い。そのため、インバータの安定性が悪く、また車両の挙動に起因してインバータとフレームとの固定点に作用する応力が大きくなるという問題もある。

そこで、本発明は、電力制御ユニットと周辺部材との接触を防ぎ、電力制御ユニットを保護できるとともに、電力制御ユニットを安定して支持できる電気自動車の電力制御ユニット支持構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、バッテリから供給される電力を制御してモータ（例えば、実施形態におけるモータ４）に供給する電力制御ユニット（例えば、実施形態におけるＰＣＵ５）を車体（例えば、実施形態における２）に支持する電気自動車（例えば、実施形態における電気自動車１）の電力制御ユニット支持構造において、前記電力制御ユニットは、前記車体とは別体で前記車体に着脱可能に設けられたサブフレーム（例えば、実施形態におけるユニット支持フレーム）を介して前記車体に支持され、前記サブフレームは、前記電力制御ユニットに上下方向で重なる位置に配置されるとともに、上下方向から見て前記電力制御ユニットを取り囲むように配置されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明では、前記電力制御ユニットは、制御デバイスが収納された上側ケース（例えば、実施形態におけるアッパケース５１）及び下側ケース（例えば、実施形態におけるロアケース５２）と、これら前記上側ケース及び前記下側ケースの間に配置されるとともに、その上下両面側に前記制御デバイスが配設され、前記上側ケース及び前記下側ケースとの間で熱交換を行う金属製のヒートシンク筐体（例えば、実施形態におけるヒートシンク筐体５３）と、を備え、前記ヒートシンク筐体は、前記車体及び前記サブフレームよりも剛性が高く構成され、前記電力制御ユニットは、上下方向から見て四角形状に構成されるとともに、上下方向から見た四辺のうち、第１辺（例えば、実施形態における側壁部５５ａ）において、前記上側ケースが前記サブフレームに取り付けられ、前記第１辺に対向する第２辺（例えば、実施形態における前壁部６４ａ）において、前記下側ケースが前記サブフレームに取り付けられ、前記第１辺及び前記第２辺と異なる第３辺において、前記ヒートシンク筐体が前記サブフレームに取り付けられていることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、万が一、衝突時において車体に衝撃荷重が入力された場合に、電力制御ユニットの周辺部材が電力制御ユニットに向けて押し込まれたとしても、電力制御ユニットに向けた周辺部材の移動をサブフレームにより規制できる。すなわち、サブレームにより電力制御ユニットを保護できるので、周辺部材が電力制御ユニットに接触するのを抑制し、電力制御ユニットの損傷を抑制できる。
また、電力制御ユニットを支持するサブフレーム自体が、電力制御ユニットを保護する役割を備えているため、例えば別体の保護部材を取り付ける場合に比べて、部品点数の削減を図ることができる。
さらに、電力制御ユニットと上下方向で重なる位置に、サブフレームを配置することで、電力制御ユニットを下部のみで支持する場合に比べて、電力制御ユニットとサブフレームとの固定点と、電力制御ユニットの重心と、を近づけることができる。これにより、電力制御ユニットを安定して支持できるとともに、車両の挙動に起因してサブフレームから固定点に作用する応力を低減できる。

請求項２に記載した発明によれば、電力制御ユニットの三辺が、それぞれ異なるケースまたはヒートシンク筐体によってサブフレームに取り付けられることになる。そのため、各取付部分を介してサブフレームから電力制御ユニットに作用する応力を、各ケースまたはヒートシンク筐体に効率的に分散できる。これにより、電力制御ユニットをより安定して支持できる。
また、ヒートシンク筐体の剛性が、車体及びサブフレームよりも高くなっているため、衝撃荷重が仮にヒートシンク筐体に伝達されたとしても、電力制御ユニットが破損するのを抑制できる。

本実施形態における電気自動車の前部側面を示す概略構成図である。 ＰＣＵ及びユニット支持フレームの斜視図である。 図２のＣ１矢視図である。 図２のＣ２矢視図である。 図２のＣ３矢視図である。 ロアケースを上方から見た斜視図である。 ヒートシンク筐体を下方から見た斜視図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（電気自動車）
図１は本実施形態における電気自動車の前部を側方から見た概略構成図である。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。
図１に示すように、本実施形態の電気自動車１において、車体２の前部にはモータルーム３が画成されている。モータルーム３内には、駆動源としてのモータ４と、モータ４の上方に配置されてモータ４の駆動を制御する電力制御ユニット５（以下、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５という）と、が主に収納されている。

なお、モータルーム３の後部には、図示しない車室内とモータルーム３内とを前後方向で区画するダッシュボード８が設けられている。このダッシュボード８は、ＰＣＵ５の後方において上下方向に沿って延在するダッシュボードロア９と、ダッシュボードロア９の上端部から前方に向かって連設されたダッシュボードアッパ１０と、を備えている。

モータ４は、円筒状に形成され、その回転軸を左右方向に向けた状態で、図示しない防振部材を介して車体２に弾性支持されている。

図２は、ＰＣＵ及びユニット支持フレームを左前方から見た斜視図である。また図３は図２のＣ１矢視図、図４は図２のＣ２矢視図、図５は図２のＣ３矢視図である。
図２〜５に示すように、ＰＣＵ５は、例えば車室内の下方に配設された図示しない高電圧バッテリ（バッテリ）から供給される直流電力を三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力に変換し、変換した交流電力をモータ４に供給することでモータ４を駆動制御している。具体的に、ＰＣＵ５は、上方から見て四角形状に形成された箱型の筐体２５を備え、この筐体２５内に各種制御デバイス（不図示）が収納されている。また、ＰＣＵ５は、モータルーム３内におけるモータ４の上方にユニット支持フレーム（サブフレーム）３１を介して車体２に支持されている。

（ユニット支持フレーム）
ユニット支持フレーム３１は、車体２の図示しないフレーム部材に着脱可能に構成されたパイプ状の部材である。ユニット支持フレーム３１は、上下方向から見てモータルーム３内の左右方向中央部において、ＰＣＵ５と上下方向に重なる位置で、ＰＣＵ５の全周を取り囲むように配設されている。具体的に、ユニット支持フレーム３１は、ＰＣＵ５に対して右側に配設された右サイド支持フレーム３２と、左側に配設された左サイド支持フレーム３３と、各サイド支持フレーム３２，３３の前端部同士を接合するフロント支持フレーム３４と、各サイド支持フレーム３２，３３の後端部同士を接合するリア支持フレーム３５（図２参照）と、を有している。

まず、フロント支持フレーム３４は、筐体２５の前方において、筐体２５の下部を左右方向に沿って延在しているとともに、その延在方向に沿う両端部は後方に向けて屈曲されている。
図２，５に示すように、リア支持フレーム３５は、ＰＣＵ５における筐体２５の後方において、筐体２５の上部を左右方向に沿って延在しているとともに、その延在方向に沿う両端部が下方に向けて屈曲されている。リア支持フレーム３５は、左右方向に沿う複数箇所において、上述したダッシュボード８に締結されている。また、リア支持フレーム３５の延在方向に沿う両端部は、ユニット支持フレーム３１を車体２のフレーム部材に固定するための脚部３７を構成している。なお、図中では脚部３７のうち、リア支持フレーム３５の左側の脚部３７のみ示している。

図２〜４に示すように、右サイド支持フレーム３２は、筐体２５の右側において、筐体２５の上下方向中間部分を前後方向に沿って延在している。また、右サイド支持フレーム３２のうち、前端部はフロント支持フレーム３４の右端部に接合される一方、後端部はリア支持フレーム３５の右端部に接合されている。
右サイド支持フレーム３２とフロント支持フレーム３４との接合部分からは、下方に向けて脚部３８が延在している。脚部３８は上端部から上端部に向かうに従い漸次ＰＣＵ５に対して外側（右側）に向けて延在し、脚部３８を介してユニット支持フレーム３１が車体２のフレーム部材に固定されている。

左サイド支持フレーム３３は、ＰＣＵ５の左側において、前後方向に沿って延在する前後フレーム３９と、前後フレーム３９の前端部から下方に向けて連設された上下フレーム４０と、を備えている。

図５に示すように、前後フレーム３９は、筐体２５の左側において、筐体２５の上部を前後方向に沿って延在している。前後フレーム３９の後端部は、上述したリア支持フレーム３５の左端部のうち、上下方向に沿う中間部に接合されている。一方、前後フレーム３９の前端部は、前後方向において、ＰＣＵ５の後述するＰＣＵ側端子ボックス５６よりも前方に位置している。

上下フレーム４０は、前後フレーム３９の前端部から下方に向けて屈曲形成されて構成されている。また、上下フレーム４０の下部には、フロント支持フレーム３４の左端部が接合されている。また、上下フレーム４０の下端部は、ＰＣＵ５に対して左右方向の外側（左側）に向けて屈曲された脚部４１を構成し、この脚部４１を介してユニット支持フレーム３１が車体２のフレーム部材に固定されている。

（ＰＣＵ）
ここで、図２〜５に示すように、上述したＰＣＵ５の筐体２５は、アッパケース（上側ケース）５１と、アッパケース５１の下方に配置されたロアケース（下側ケース）５２と、アッパケース５１及びロアケース５２の間を仕切るヒートシンク筐体５３と、を備え、上下方向に沿って三段に分割構成されている。
アッパケース５１は、アルミ材料等からなり、上下方向に沿って開口する矩形枠型のものであり、その上方開口部がアッパカバー５４により覆われている。アッパケース５１内には、制御デバイスが収納されている。

また、アッパケース５１の周壁部５５のうち、左右方向の一方側（左側）に位置する側壁部（第１辺）５５ａには、左右方向の外側（左側）に向けてＰＣＵ側端子ボックス５６が形成されている。このＰＣＵ側端子ボックス５６には、モータ４とＰＣＵ５とを各相ごとに接続する複数のモータハーネス５７（図４，５参照）が装着されている。

各モータハーネス５７は、側壁部５５ａに沿って前後方向に並んで配列されている。モータハーネス５７は、一端側がＰＣＵ側端子ボックス５６内に下方から装着され、ＰＣＵ側端子ボックス５６内において、図示しない複数のバスバーを介してＰＣＵ５内の制御デバイスに電気的に接続されている。一方、各モータハーネス５７の他端側は、モータ４（図１参照）における図示しないモータ側端子ボックスに装着され、モータ側端子ボックス内において図示しない複数のバスバーを介してモータ４に電気的に接続されている。

また、図５に示すように、各モータハーネス５７の延在方向に沿う中間部分は、ブラケット６１を介して左サイド支持フレーム３３に保持されている。このブラケット６１は、前後フレーム３９の下方、かつ上下フレーム４０の後方に位置する部分において、モータハーネス５７の配列方向、すなわち前後方向に沿って延在する板状に形成され、モータハーネス５７をそれぞれ保持している。また、ブラケット６１は、一端側が上下フレーム４０に固定される一方、他端側が前後フレーム３９に固定されている。

また、ＰＣＵ側端子ボックス５６の上端部には、左側に向けて複数の取付片６２が突出している。これら取付片６２は、ＰＣＵ側端子ボックス５６における前後方向に沿って２箇所形成されており、これら取付片６２が前後フレーム３９に上方から固定されている。

図６は、ロアケースを上方から見た斜視図である。
図２，６に示すように、ロアケース５２は、下方に向けて開放された有頂筒状とされ、アッパケース５１と同様の材料により、平面視外形がアッパケース５１と同等に形成されている。ロアケース５２の天壁部６３下面側には、制御デバイスが固定されている。なお、ロアケース５２の下端開口部は、ロアカバー６６により覆われている。
また、ロアケース５２の周壁部６４のうち、前壁部（第２辺）６４ａには、複数の取付片６５が前方に向けて突出している。これら取付片６５は、左右方向に沿って２箇所形成されており、これら取付片６５がフロント支持フレーム３４に上方から固定されている。

図７は、ヒートシンク筐体を下方から見た斜視図である。
図２，７に示すように、ヒートシンク筐体５３は、アルミ材料からなり、車体２の上述したフレーム部材や、ユニット支持フレーム３１よりも剛性が高くなっている。また、ヒートシンク筐体５３は、アッパケース５１及びロアケース５２よりも比重（ヒートシンク筐体５３や各ケース５１，５２の重量をその外郭形状で画される体積と同じ容積の水の重量で除した見かけ比重）が高くなっている。ヒートシンク筐体５３は、平面視外形がアッパケース５１と同等の形状をなす矩形板状の仕切部７１（図７参照）を備え、アッパケース５１の下端開口部を閉塞するように設けられている。そして、仕切部７１の上面には、制御デバイスが固定されている。

また、仕切部７１の外周縁には、仕切部７１の全周を取り囲む周壁部７２が下方に向けて延設されている。周壁部７２は、その下端縁が上述したロアケース５２の天壁部６３（図６参照）に突き合わされた状態で固定されている。そして、ロアケース５２の天壁部６３と、ヒートシンク筐体５３の仕切部７１及び周壁部７２と、で囲まれた空間は、冷媒が流通するウォータジャケット４７を構成している。すなわち、本実施形態では、各ケース５１，５２間にウォータジャケット４７が配置されており、アッパケース５１やロアケース５２内に収納される制御デバイスで発生した熱は、ウォータジャケット４７に放熱されることで冷却される。

周壁部７２の前縁部には、ウォータジャケット４７の内外を連通させる冷媒入口ポート７３、及び冷媒出口ポート７４が左右方向に間隔をあけて設けられている。なお、冷媒入口ポート７３は、周壁部７２の前縁部のうち左側に設けられ、冷媒出口ポート７４は右側に設けられている。各ポート７３，７４の先端側には、図示しない冷媒配管が接続され、冷媒配管を介してウォータジャケット４７内に冷媒が流通する。

周壁部７２における右側縁部（第３辺）には、左右方向外側（右側）に向けて複数の取付片７６が突出している。これら取付片７６は、前後方向に沿って２箇所形成されており、これら取付片７６が右サイド支持フレーム３２に上方から固定されている。

ロアケース５２の前壁部６４ａのうち左側には、ロアケース５２を前方から覆うガードブラケット７７が設けられている。このガードブラケット７７は、例えば鉄等からなる板材であり、下端部から上端部に向かうに従い後方に向けて傾斜し、その上端部がＰＣＵ５ヒートシンク筐体５３の前縁部に締結され、下端部がフロント支持フレーム３４に締結されている。また、ガードブラケット７７のうち、上述した冷媒入口ポート７３と重なる位置には、前後方向から見て各冷媒入口ポート７３を露出させる切欠き部７８が形成されている。
さらに、左右方向において、ガードブラケット７７の下端部とフロント支持フレーム３４との各取付箇所７９の間には、上述したＰＣＵ５の取付片６５のうち、左側の取付片６５が配置されている。具体的に、取付片６５は、ガードブラケット７７のうち、左側の後方に配置されており、ガードブラケット７７が取付片６５を前方から覆うように配置されている。

このように、本実施形態では、ユニット支持フレーム３１を、ＰＣＵ５の筐体２５と上下方向で重なる位置に配置するとともに、筐体２５を取り囲むように配置する構成とした。
この構成によれば、ユニット支持フレーム３１によりＰＣＵ５を保護できる。すなわち、万が一、衝突時において車体に衝撃荷重が入力された場合に、ＰＣＵ５の周辺部材（例えば、低電圧バッテリやエアコンプレッサ等）がＰＣＵ５に向けて押し込まれたとしても、ＰＣＵ５に向けた周辺部材の移動をユニット支持フレーム３１により規制できる。これにより、周辺部材がＰＣＵ５に接触するのを抑制し、ＰＣＵ５の損傷を抑制できる。
また、ＰＣＵ５を支持するユニット支持フレーム３１自体が、ＰＣＵ５を保護する役割を備えているため、例えば別体の保護部材を取り付ける場合に比べて、部品点数の削減を図ることができる。

また、本実施形態では、ＰＣＵ５の筐体２５と上下方向で重なる位置に、ユニット支持フレーム３１を配置することで、ＰＣＵ５を下部のみで支持する場合に比べて、ＰＣＵ５とユニット支持フレーム３１との固定点と、ＰＣＵ５の重心と、を近づけることができる。これにより、ＰＣＵ５を安定して支持できるとともに、電気自動車１の挙動に起因してユニット支持フレーム３１から固定点（各取付片６２，６５，７６）に作用する応力を低減できる。

しかも、本実施形態では、アッパケース５１及びロアケース５２の間に、これら各ケース５１，５２よりも比重の高いヒートシンク筐体５３を配置することで、ヒートシンク筐体５３を下部に配置する場合に比べて、筐体２５の重心を上方に設定できる。これにより、ＰＣＵ５とユニット支持フレーム３１との固定点と、ＰＣＵ５の重心と、をより近づけることができる。
また、ヒートシンク筐体５３の剛性が、車体２のサイドフレーム及びユニット支持フレーム３１よりも高くなっているため、衝撃荷重が仮にヒートシンク筐体５３に伝達されたとしても、ＰＣＵ５が破損するのを抑制できる。

さらに、アッパケース５１の取付片６２を左サイド支持フレーム３３に、ヒートシンク筐体５３の取付片７６を右サイド支持フレーム３２に、ロアケース５２の取付片６５をフロント支持フレーム３４に取り付けることで、ユニット支持フレーム３１の三辺が筐体２５のうちそれぞれ異なるケース５１，５２及び筐体５３に取り付けられることになる。これにより、各取付片６２，６５，７６を介してユニット支持フレーム３１からＰＣＵ５に作用する応力を、各ケース５１〜５３に効率的に分散できる。これにより、ＰＣＵ５をより安定して支持できる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、モータルーム３内でのレイアウトや、ＰＣＵ５の構成、ＰＣＵ５内に収納する制御デバイス等については適宜変更可能である。
また、ユニット支持フレーム３１は、上下方向で重なる位置でＰＣＵ５を囲むように配置されていれば、ユニット支持フレーム３１の形状は適宜設計変更が可能である。すなわち、ユニット支持フレーム３１の上下方向に沿う位置は、ＰＣＵ５の上下方向の高さ範囲内で適宜設計変更が可能である。
また、上述した実施形態では、モータ４の上方にＰＣＵ５を配設する構成について説明したが、これらの位置関係は適宜変更可能である。
さらに、上述した実施形態では、筐体２５の前側、及び両側面とユニット支持フレーム３１とを固定する場合について説明したが、これに限らず、異なる３辺で固定されていれば構わない。また、筐体２５の４辺でユニット支持フレーム３１を固定しても構わない。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１…電気自動車 ２…車体 ４…モータ ５…ＰＣＵ（電力制御ユニット） ３１…ユニット支持フレーム（サブフレーム） ５１…アッパケース（上側ケース） ５２…ロアケース（下側ケース） ５３…ヒートシンク筐体 ５５ａ…側壁部（第１辺） ６４ａ…前壁部（第２辺）

Claims (2)

1. バッテリから供給される電力を制御してモータに供給する電力制御ユニットを車体に支持する電気自動車の電力制御ユニット支持構造において、
   前記電力制御ユニットは、前記車体とは別体で前記車体に着脱可能に設けられたサブフレームを介して前記車体に支持され、
   前記サブフレームは、前記電力制御ユニットに上下方向で重なる位置に配置されるとともに、上下方向から見て前記電力制御ユニットを取り囲むように配置されていることを特徴とする電気自動車の電力制御ユニット支持構造。
2. 前記電力制御ユニットは、制御デバイスが収納された上側ケース及び下側ケースと、
   これら前記上側ケース及び前記下側ケースの間に配置されるとともに、その上下両面側に前記制御デバイスが配設され、前記上側ケース及び前記下側ケースとの間で熱交換を行う金属製のヒートシンク筐体と、を備え、
   前記ヒートシンク筐体は、前記車体及び前記サブフレームよりも剛性が高く構成され、
   前記電力制御ユニットは、上下方向から見て四角形状に構成されるとともに、上下方向から見た四辺のうち、第１辺において、前記上側ケースが前記サブフレームに取り付けられ、
   前記第１辺に対向する第２辺において、前記下側ケースが前記サブフレームに取り付けられ、
   前記第１辺及び前記第２辺と異なる第３辺において、前記ヒートシンク筐体が前記サブフレームに取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の電気自動車の電力制御ユニット支持構造。

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