JP2013193652A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両において、車両前突時に、電力変換装置を収容したケースが破損しても内部が露出されにくくして高圧安全性を高める。
【解決手段】車両前部の駆動部収容室内に配設されたモータの駆動力により走行可能な電動車両は、駆動部収容室内に配置され、モータとの間で電力を授受する電力変換装置を収納した金属製のケース２４を備える。ケース２４は、開口部を有するケース本体２６と、ケース本体２６よりも伸び率が大きい金属材料からなり開口部を閉じるようにケース本体２６に取り付けられるケースカバー２８Ｕとを含む。そして、ケースカバー２８Ｕの前端部には、ケース本体２８の側面の少なくとも一部を覆うように形成された延長部２９が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、走行用動力源であるモータを搭載した電動車両に関する。

従来、モータを走行用動力源として搭載した電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等の電動車両が知られている。このような電動車両では、車載バッテリから供給される直流電力をインバータ等の電力変換装置で交流電力に変換して、モータへ印加される。これにより、モータが駆動されて、走行用動力を出力することができる。

上記インバータ等の電力変換装置は、例えばアルミ合金等の金属製のケース（以下、適宜に「インバータケース」という）に収容されて、上記モータと共に車両前部にある駆動部収容室内に搭載されることがある。ここで、ハイブリッド自動車では、内燃機関であるエンジンを走行用動力源として搭載しており、エンジンが収容される車両前部の収容室がエンジンコンパートメントと呼ばれている。したがって、ハイブリッド自動車では、エンジンコンパートメントが電動車両の駆動部収容室に相当する。

上記電動車両に搭載される電力変換装置は高電圧を取り扱うことから、車両衝突時に、電力変換装置を収容するケースが破損しにくいように考慮して、電動車両の高圧安全性を高める必要がある。

上記のようなインバータケースに関連する先行技術文献として、たとえば、特開２００７−２３７７９３号公報（特許文献１）には、上側ケースと下側ケースとからなり、インバータおよびＰＣＵ（Power Control Unit）を内部に収容したＰＣＵケースが開示されている。

特開２００７−２３７７９３号公報

上記特許文献１に記載されるようなＰＣＵケースは、電力ケーブルでモータと電気接続されることから、モータと共に駆動部収容室内に設置されることが一般的である。ＰＣＵケースは、例えばアルミダイカストにより好適に形成される。これは、樹脂等に比べて剛性が高く、加工が容易で、内部のインバータから生じる電磁波を吸収して露出させないようにするための導電性を有するため等の理由による。

しかし、アルミダイカスト部品は、比較的伸び率が小さくて衝撃を受けると破損しやすい材料でもあるので、車両衝突時、特に、車両の前部で衝突する車両前突時にＰＣＵケースが破損して内部が露出しないようにすることが、高圧安全性を高めるうえで重要である。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、車両前突時に、電力変換装置を収容したケースが破損しても内部が露出されにくくして電動車両の高圧安全性を高めることである。

本発明に係る電動車両は、車両前部の駆動部収容室内に配設されたモータの駆動力により走行可能な電動車両であって、前記駆動部収容室内に配置され、前記モータとの間で電力を授受する電力変換装置を収納した金属製のケースを備え、前記ケースは、開口部を有するケース本体と、前記ケース本体よりも伸び率が大きい金属材料からなり前記開口部を閉じるように前記ケース本体に取り付けられるケースカバーとを含み、前記ケースカバーの前端部には、前記ケース本体の側面の少なくとも一部を覆うように形成された延長部が設けられているものである。

本発明に係る電動車両において、前記ケースは前記駆動部収容室内にあるトランスアクスルの上部に前下がりに傾斜した姿勢で固定され、前記ケース本体は上端部に上側開口部を有するとともに前記ケースカバーは上側ケースカバーであり、前記上側ケースカバーに形成された延長部は前記ケース本体の前側面の上部を覆って形成されてもよい。

また、本発明に係る電動車両において、前記ケース本体はアルミダイカストにより形成され、前記ケースカバーはプレス加工された鉄板により構成されてもよい。

本発明に係る電動車両によれば、車両前突時に衝撃で電力変換装置を収容したケースが破損しても、ケース内部が露出されにくくなって、電動車両の高圧安全性を高められる。

電動車両の車両前部に位置するエンジンコンパートメント内の構成を平面視で概略的に示す図である。 エンジンコンパートメント内の構成を衝突実験用バリアと共に側面視で概略的に示す図である。 ＰＣＵケースと、ＰＣＵケースを固定するブラケットとを示す斜視図である。 エンジンコンパートメント内における比較例のＰＣＵケースの側面図である。 エンジンコンパートメント内における本実施形態のＰＣＵケースの側面図である。 （ａ）水平配置されたＰＣＵケースを示す側面図、（ｂ）は後下がり傾斜した姿勢で配置されたＰＣＵケースの側面図である。

以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

また、以下においては、電動車両として走行用動力源としてエンジンおよびモータジェネレータを搭載したハイブリッド自動車を例に説明するが、本発明はモータジェネレータのみを走行用動力源として搭載する電気自動車に適用されてもよいし、二次電池からなるバッテリに加えて燃料電池を搭載した燃料電池車に適用されてもよい。

図１は、ハイブリッド自動車１０の車両前部に位置するエンジンコンパートメント内の構成を平面視で概略的に示す図である。図１において、左側が車両前方、右側が車両後方、上側が車両右側、下側が車両左側に相当する。

また、図２は、エンジンコンパートメント内の構成を衝突実験用バリアＢと共に側面視で概略的に示す図である。図２において、左側が車両前方、右側が車両後方、上側が車両上側、下側が車両下側に相当する。また、図２（図４，５においても同様）に示される衝突実験用バリアＢは、例えば、コンクリートブロック、鉄塊等によって構成される。さらに、図２では、バリアＢが地面Ｇから所定の高さに設けられている例を示す。これは、地面Ｇから車台までの高さが乗用車に比べて高いトラック等との衝突を想定しているためである。

図１および図２に示すように、ハイブリッド自動車１０は、車両の前部にエンジンコンパートメント１２を備える。エンジンコンパートメント１２は、後述するエンジンおよびモータジェネレータを含む駆動部を収容する駆動部収容室である。エンジンコンパートメント１２の上方はフードパネル１３によって覆われており、エンジンコンパートメント１２の後方は隔壁１５によって車室内と仕切られている。

また、ハイブリッド自動車１０は、車両の左右両側において車両前後方向に延伸するサイドメンバー１４Ｌ，１４Ｒを備える。車両前部においてサイドメンバー１４Ｌ，１４Ｒ間には、ラジエータ１６が上下方向に沿った姿勢で支持されている。

エンジンコンパートメント１２内には、内燃機関であるエンジンユニット２０が搭載されている。エンジンユニット２０は、図示しないブラケットによってサイドメンバー１４Ｌ，１４Ｒ等を含む車台に固定されている。エンジンユニット２０の出力軸であるクランクシャフト（図示せず）は、後述するトランスアクスルに接続されている。

また、エンジンコンパートメント１２内には、トランスアクスル２２がエンジンユニット２０に隣接して搭載されている。トランスアクスル２２には、２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とこれらの出力軸に連結されるギヤ列とが含まれる。トランスアクスル２２は、例えばアルミダイカスト製のトランスアクスルハウジング２３内にモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２等を収容して一体的に構成されている。

トランスアクスル２２の出力軸は、図示しない車軸等を介して車輪１８に接続されている。これにより、トランスアクスル２２は、エンジンユニット２０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動力を車輪１８に伝達して走行することができ、他方、減速時等には車輪１８からモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の少なくとも一方に動力が入力されて回生発電が行われるようになっている。

なお、本実施形態ではトランスアクスルに２つのモータジェネレータが含まれる例について説明するが、これに限定されるものではない。例えば、トランスアクスルに１つのモータジェネレータが含まれてもよい。また、トランスアクスルのギヤ列には、モータジェネレータと車軸との間、および／または、エンジンユニットとモータジェネレータとの間の連結を断続するためのクラッチ機構が設けられてもよい。

トランスアクスル２２を構成するトランスアクスルハウジング２３の上部には、例えばアルミ合金製などの金属製筐体であるケース２４が固定されている。ケース２４は、図示しないブラケットによってトランスアクスル２２に取り付けられている。また、図２に示すように、ケース２４は、上面が前方に下がるように傾斜した姿勢で配置されている。この場合、ケース２４の前端縁、すなわち、ケース２４の前方上側角部２５の位置がトランスアクスル２２の前方縁部よりも車両後方側となるように配置されている。このようにすることで、車両が前突したときにラジエータ１６等が後方へ移動してきても、トランスアクスル２２によって受け止められるので、車両前突時の衝突荷重がケース２４に作用するのを抑制でき、その結果、ケース２４が破損しにくくなって高圧安全性が向上する。

ケース２４には、直流電圧と交流電圧との間で双方向に変換可能なインバータが収容されている。この意味でケース２４はインバータケースとも呼ばれる。また、ケース２４は、ハイブリッド自動車１０における電力制御全般を司るパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）を収容していてもよく、この意味でケース２４はＰＣＵケースとも呼ばれる。さらに、ケース２４には、インバータのほかに、車載バッテリ（図示せず）から供給される直流電圧を昇圧してインバータに供給する一方、回生時にインバータから供給される直流電圧を降圧して車載バッテリに充電するための昇降圧コンバータが収容されてもよい。

図示していないが、ケース２４から各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２には、それぞれ３本、計６本の電力ケーブルが延びている。この場合、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれ、三相交流回転電機である。これらの電力ケーブルを介してインバータとモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２との間で電力の授受が行われる。本実施形態におけるように、ケース２４がトランスアクスル２２の直上に搭載されることで、上記電力ケーブルの余裕長を短くすることができ、コスト低減を図れる利点がある。

なお、図１ではエンジンコンパートメント１２内のエンジンユニット２０およびトランスアクスル２２の周囲は空白となっているが、これらのスペースには駆動系、冷却系、空調系等の様々な補機類または補機部材が略びっしりと配置されている。

また、エンジンコンパートメント１２内においてケース２４の前方には、剛性が高い部品を極力配置しないこととして空間としておくのが好ましい。これは、車両前突時に上記部品が後方に移動することでケース２４に衝突するのを避けてケース２４の破損を抑制するためである。他方、狭いエンジンコンパートメント１２内にこのような空間を設けるとスペース効率が悪くなる。したがって、ケース２４の前方であってラジエータ１６との間に、例えば冷却液リザーブタンク、エアダクト等の比較的つぶれやすい部品を配置してもよい。このように比較的つぶれやすい部品であれば、車両前突時の衝突エネルギーを吸収・緩和する機能を果たし、ケース２４の破損を抑制するうえで役に立つし、かつ、エンジンコンパートメント１２のスペース効率も良くなる。

図３は、本実施形態におけるケース２４と、これをトランスアクスル２２のハウジング２３に取り付けるための前後ブラケット３０，３２とを示す斜視図である。

ケース２４は、金属製の筐体であって、上端開口部および下端開口部を有するケース本体２６と、ケース本体２６の上端開口部を閉じる上ケースカバー２８Ｕと、ケース本体２６の下ケースカバー２８Ｌとから構成される。ケース本体２６は、矩形筒状をなし、例えばアルミダイカスト等により好適に形成される。

上ケースカバー２８Ｕおよび下ケースカバー２８Ｌは、周縁部においてケース本体２６にボルトにより締結固定されている。これらのケースカバー２８Ｕ，２８Ｌは、ケース本体２６よりも伸び率が大きい金属材料により形成されている。具体的には、ケースカバー２８Ｕ，２８Ｌは、例えば鉄板をプレス加工したものが好適に用いられる。

なお、本実施形態におけるケース２４は、上ケースカバー２８Ｕと下ケースカバー２８Ｌとを有するものとして説明するが、有底筐体状のケース本体と上ケースカバーとでケースが構成されてもよい。

上ケースカバー２８Ｕの前端部には、ケース本体２６の前側面の上部を覆うように延長部２９が形成されている。この延長部２９は、上ケースカバー２８Ｕの上面から、ケース本体２６の前側面に沿って垂下するように上面から曲げ形成されている。

この延長部２９の先端部、すなわち、下端部は、ケース本体２６に対して固定されていない自由端とされている。延長部２９の先端部がケース本体２６に固定されると、後述するような車両前方からの衝撃荷重を受けたときに延長部２９の固定部を介してケース本体２６に衝撃荷重の分力を伝達することになり、その固定部においてケース本体２６を破損する可能性がある。これに対し、本実施形態のように、上ケースカバー２８Ｕの延長部２９の先端部をケース本体２６に固定しないことで、上記衝撃荷重を受けて変形するときに延長部２９がケース本体２６に対して相対移動することが可能になり、ケース本体を破損する可能性を低減できる利点がある。

さらに、ケース本体２６の前側面および後側面の下部には、それぞれ２つずつの取付部３４が突出して形成されている。各取付部３４には、ボルト挿通孔３６がそれぞれ貫通形成されている。これらの取付部３４を介して、ケース２４は、前ブラケット３０および後ブラケット３２の上部に締結固定されている。

前ブラケット３０および後ブラケット３２は、それぞれ、例えば鉄板等の金属板を側面視で略Ｚ形状に曲げ加工して形成されている。各ブラケット３０，３２の下部には、それぞれ、ボルト挿通孔３８が貫通形成されている。これらのボルト挿通孔３８に挿通されたボルトがトランスアクスルハウジング２３の雌ねじ穴に螺合されることにより、ケース２４が前後ブラケット３０，３２を介してトランスアクスル２２に取り付けられる。

図４は、比較例のケース２４Ａを示す側面図であり、図４（ａ）は前下がり傾斜姿勢でトランスアクスル２２に直接搭載されているケース２４Ａを示し、図４（ｂ）はケース２４Ａが車両前突時にエンジンコンパートメント１２内に進入してきたバリアＢがケース２４Ａに衝突するときの様子を示し、図４（ｃ）はバリアＢとの衝突によりケース２４Ａが破損した状態を示す。また、図５は、本実施形態におけるケース２４を示す側面図であり、図５（ａ）〜（ｃ）は図４（ａ）〜（ｃ）に対応する。

図４（ａ）に示すように、比較例のケース２４Ａは、水平面に対して角度θだけ傾斜した前下がりの姿勢でエンジンコンパートメント１２内に搭載されている。このようなケース２４Ａを備えた電動車両が前突した場合、図４（ｂ）に示すように、バリアＢが直接に若しくはフードパネル１３を介してエンジンコンパートメント１２内に進入してくるか、または、ケース２４Ａの前方に位置するラジエータ１６等の補機部品が後方へ移動することにより、ケース２４の前方上側角部に衝突することが想定される。

この場合、ケース本体２６は上述したようなアルミダイカスト部品であるために衝撃に対する伸び率が比較的低い、換言すれば脆性が高いために、衝突荷重によって前方上側角部が破損または破断して開口部２７が形成される可能性がある。そうすると、この開口部２７を介して内部の電力変換装置が前方に向いて露出した状態となり、好ましくない。

これに対し、本実施形態におけるケース２４の場合、上ケースカバー２８Ｕに形成された延長部２９がケース本体２６の前方上側角部を覆って設けられており、かつ、上ケースカバー２８Ｕはケース本体２６よりも伸び率が比較的大きい、換言すればじん性が高い金属材料で形成されている。そのため、車両前突時の衝撃荷重が上ケースカバー２８Ｕの延長部２９に作用しても、延長部２９は変形するもののケース２４からちぎれ落ちることはなく、むしろ、延長部２９の先端部が下方へ移動するように変形してケース本体２６の前側面の上部を覆うことができる。

したがって、本実施形態の電動車両によれば、車両前突時にケース本体２６が破損して開口部２７が形成されたとしても、上ケースカバー２８Ｕの延長部２９によって開口部２７を覆うことができる。これにより、ケース２４内に収容された電力変換装置が前方に向けて露出されにくくなり、電動車両の高圧安全性が向上する。

なお、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載される事項の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記においてはケース２４がトランスアクスル２２上に前下がり姿勢で搭載されるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図６（ａ）に示すように、ケースは、水平姿勢でトランスアクスル上に搭載されてもよいし、あるいは、図６（ｂ）に示すように、後下がりの姿勢でトランスアクスル上に搭載されてもよい。水平姿勢で搭載される場合にはケース本体２６の前側面の略全体を覆うように上ケースカバー２８Ｕの延長部２９を形成するのが好ましく、後下がり姿勢で搭載される場合には下ケースカバー２８Ｌの前端部に延長部２９を形成するのが好ましい。

また、上記においては、インバータ等の電力変換装置を収容したケース２４がトランスアクスル２２上に取り付けられる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ケース２４がブラケット等によって車両ボディに固定されてもよい。

さらに、上記においてはケース２４の前方にラジエータの上部が位置するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、ラジエータの上部位置が低くてケースの前方がフードパネルとなっている構成であってもよい。

１０ ハイブリッド自動車（電動車両）、１２ エンジンコンパートメント（駆動部収容室）、１３ フードパネル、１４Ｌ，１４Ｒ サイドメンバー、１５ 隔壁、１６ ラジエータ、１８ 車輪、２０ エンジンユニット、２２ トランスアクスル、２３ トランスアクスルハウジング、２４ ケース、２５ 前方上側角部、２６ ケース本体、２７ 開口部、２８Ｕ 上ケースカバー、２８Ｌ 下ケースカバー、２９ 延長部、３０ 前ブラケット、３２ 後ブラケット、３４ 取付部、３６，３８ ボルト挿通孔、Ｂ 衝突実験用バリア、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、θ 傾斜角度。

Claims (3)

1. 車両前部の駆動部収容室内に配設されたモータの駆動力により走行可能な電動車両であって、
   前記駆動部収容室内に配置され、前記モータとの間で電力を授受する電力変換装置を収納した金属製のケースを備え、
   前記ケースは、開口部を有するケース本体と、前記ケース本体よりも伸び率が大きい金属材料からなり前記開口部を閉じるように前記ケース本体に取り付けられるケースカバーとを含み、
   前記ケースカバーの前端部には、前記ケース本体の側面の少なくとも一部を覆うように形成された延長部が設けられている、
   電動車両。
2. 請求項１に記載の電動車両において、
   前記ケースは前記駆動部収容室内にあるトランスアクスルの上部に前下がりに傾斜した姿勢で固定され、前記ケース本体は上端部に上側開口部を有するとともに前記ケースカバーは上側ケースカバーであり、前記上側ケースカバーに形成された延長部は前記ケース本体の前側面の上部を覆って形成されている、電動車両。
3. 請求項１または２に記載の電動車両において、
   前記ケース本体はアルミダイカストにより形成され、前記ケースカバーはプレス加工された鉄板により構成される、電動車両。

Images