JP2015000721A - 電動自動車用の取付けフレーム - Google Patents

Abstract

【課題】 電気駆動自動車用の取付けフレームを提供する。
【解決手段】 本発明は、電動自動車（１０）用の取付けフレーム（２０）であって、自動車（１０）の長手方向（１８）に向けられた２つの長手方向ビーム（３０、３２）と、自動車（１０）を駆動させるための、長手方向ビーム（３０、３２）に取り付けられた電気駆動ユニット（２２）とを備え、長手方向ビーム（３０、３２）が、長手方向（１８）で外方向に開いたフレーム構成を形成し、取付けフレーム（２０）がさらに、高い曲げ剛性を有する中空体（２８）を有し、中空体（２８）が、長手方向ビーム（３０、３２）とは別個に構成され、取付けフレーム（２０）に固定され、中空体（２８）が、長手方向ビーム（３０、３２）の間に配置され、長手方向ビーム（３０、３２）に機械的に固定接続されて、閉じたフレーム区域を形成する取付けフレーム（２０）に関する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電動自動車用の取付けフレームであって、自動車の長手方向に向けられた２つの長手方向ビームと、自動車を駆動させるための電気駆動ユニットであって、長手方向ビームに取り付けられた電気駆動ユニットとを備え、長手方向ビームが、長手方向で外方向に開いたフレーム構成を形成し、取付けフレームがさらに、高い曲げ剛性を有する中空体を有し、中空体が、長手方向ビームとは別個に構成され、取付けフレームに固定される、取付けフレームに関する。

上記のタイプの取付けフレームは、概して、電動自動車の駆動構成要素を自動車の支持フレームまたはシャーシに固定して取り付けるよう機能する。

上記のタイプの取付けフレームは、例えば、（特許文献１）から知られており、その取付けフレームは、自由端を有する２つの平行な長手方向ビームを有し、２つの平行な長手方向ビームが自動車の長手方向に延在し、長手方向ビームに取付け架台が配置され、取付け架台内で、電気制御ユニットが長手方向ビームの上方に配置される。この取付けフレームの欠点は、電気制御ユニットを取り付けるための取付け架台が、自動車が衝突した場合に変形エネルギーをほとんど吸収することができないことにあり、それにより、取付け架台と電気制御ユニットとは、概して取付けフレームの安定性を高められず、したがって受動安全性に寄与しない。

一般に、電気自動車用の既知の自動車支持フレームおよび取付けフレームは、内燃機関および／またはトランスミッションユニットの構成要素がないため、概して自動車支持フレームの安定性が低下し、自動車が衝突した場合に乗員の受動安全性を保証するために追加の補剛（剛性補強）手段が必要とされるという欠点を有する。

米国特許出願公開第２００４／００９００８５Ａ１号明細書

したがって、本発明の目的は、電動自動車用の取付けフレームであって、技術的経費をあまりかけずに乗員の受動安全性を高める取付けフレームを提供することである。

上記の目的は、本発明によれば、冒頭で述べた取付けフレームにおいては、中空体が、長手方向ビームの間に配置され、長手方向ビームに機械的に固定接続されて、閉じたフレーム区域を形成することによって実現される。

また、上記の目的は、支持フレームと、本発明による取付けフレームとを有する電動自動車であって、取付けフレームが、自動車の支持フレームに配置され、支持フレームに機械的に固定接続される電動自動車によって実現される。

長手方向ビームが、長手方向で外方向に、または自動車の端部に向かって開いた（長手方向外側が開放された）フレーム構成を形成することにより、技術的経費をあまりかけずに取付けフレームを製造することができる。中空体と電気駆動ユニットとが、それぞれ２つの長手方向ビームに機械的に固定接続され、それにより閉じたフレーム区域を形成するので、それら２つの構成要素は、概して取付けフレームを補剛するよう機能することができる。その理由は、長手方向ビーム、中空体、および電気駆動ユニットがブロックを形成し、それにより、概して取付けフレームの機械的剛性が増加されるからである。電気駆動ユニットと中空体とが長手方向ビームと共に安定したユニットを形成することにより、取付けフレームは、電動自動車の場合でさえ、内燃機関ドライブトレインの堅固な構成要素がないにも関わらず、衝突時の所要の受動安全性および制御された変形挙動を保証することができる。

したがって、本発明の目的が完全に実現される。

好ましい実施形態では、中空体が、接続手段によって長手方向ビームに固定される。

このようにすると、技術的経費をあまりかけずに、構成要素、特に電気駆動ユニットに取付けフレームを取り付けることができ、後の中空体の固定によって取付けフレームの所要の補剛が実現される。

また、中空体と駆動ユニットとが、長手方向で互いに前後に、または互いにずらして長手方向ビームに取り付けられ、中空体が、駆動ユニットに対して長手方向で外方向に、または自動車の端部区域に向かってずらされるように配置されることも好ましい。

このようにすると、閉じたフレーム区域が電気駆動ユニットの周りに形成され、それにより、電気駆動ユニットは、自動車が衝突した場合に損傷から保護され、したがって、過電圧によって生じる危険が低減される。

さらに、駆動ユニットに電気エネルギーを供給するための電気エネルギー貯蔵装置が、長手方向ビームに取り付けられ、中空体が、電気エネルギー貯蔵装置に対して長手方向で外方向にずらされるように配置されることが好ましい。

このようにすると、エネルギー貯蔵装置は、衝突時に機械的に保護される。

さらに、補剛ストラットが中空体内に形成されて、長手方向で中空体の機械的安定性を高めることが好ましい。

このようにすると、自動車の重量を大幅に増加することなく、中空体の機械的安定性を高めることができる。

代替形態として、低密度であって衝突時に良好な特性を示す材料を中空体に充填することもでき、例えばハニカム構造にすることができる。

さらに、補剛ストラットが、取付点から延びて中空体内に放射状に、またはＶ字形に延在し、取付点で、中空体が、長手方向ビームの一方に取り付けられることが好ましい。

このようにすると、衝突時に、対応する衝突エネルギーを、補剛ストラットを介して長手方向ビームに効率的に伝達することができ、それにより衝突エネルギーを散逸させることができる。

さらに、中空体と電気駆動ユニットとの間に取付部材が配置されることが好ましい。

このようにすると、衝突時に、中空体と電気駆動ユニットとの間で変形エネルギーを交換することができ、ブロック形成を改良することができる。

さらに、取付部材が、駆動ユニットに向いた凹曲面を有することが好ましい。

このようにすると、取付部材と駆動ユニットとの間で改良された機械的接触を形成することができ、それにより、中空体と電気駆動ユニットとによるブロック形成が改良される。

さらに、取付部材がプラスチックから形成されることが好ましい。

このようにすると、自動車が衝突した場合に、変形エネルギーを効率的に吸収することができると同時に、取付部材の重量が限られる。

さらに、取付部材が金属から形成されることも好ましい。

このようにすると、さらなるブロック形成を実現することができ、それと同時に、取付部材の質量により受動安全性が高められる。

ここで、取付部材がハニカム構造を有することが特に好ましい。

このようにすると、金属から構成され、かつ軽量である取付部材を提供することができる。

さらに、自動車の電気構成要素が中空体内に収納されることが好ましい。

このようにすると、中空体の構造空間を利用することができ、さらに、中空体の曲げ剛性をさらに高めることができる。

さらに、中空体が、閉じた中空体の形態であることが好ましい。

このようにすると、中空体の機械的剛性を高めることができ、中空体内に配置された電気構成要素を完全に取り囲み保護することができる。

上述した特徴および以下にさらに説明する特徴は、それぞれ指定された組合せでのみならず、本発明の範囲から逸脱することなく他の組合せで、または単独でも使用することができることは明らかである。

本発明の例示的実施形態を図面に示し、以下の説明でより詳細に説明する。

電気駆動機械を取り付けるための取付けフレームを有する自動車の概略図である。 電気構成要素を取り付けるための取付けフレームを有する自動車の斜視概略詳細図である。 取付けフレームと共にブロックを形成するための中空体の斜視詳細図である。 取付けフレームと共にブロックを形成するための中空体の斜視詳細図である。

図１に、電動自動車が概略的に示されており、全体を参照番号１０で表されている。自動車１０は、支持フレーム１２を有する。支持フレーム１２には、自動車１０の車輪１４が取り付けられている。自動車１０は、概して長手方向軸線１６を有し、矢印１８によって示されるように、実質的に長手方向軸線１６に平行な長手方向に移動する。

一般に、自動車１０の電気駆動構成要素を取り付けるために、取付けフレーム２０が支持フレーム１２に固定される。取付けフレーム２０には電気駆動機械（電気駆動ユニット）２２が取り付けられ、電気駆動機械２２のシャフト２４は、自動車１０を駆動させるために、トランスミッション２６を介して車輪に接続される。取付けフレーム２０には補剛要素２８も取り付けられる。補剛要素２８は、中空体２８の形態である。特定の実施形態では、電動自動車１０の電気構成要素が、中空体２８内に収納され、それにより補剛要素２８を機械的に補強し、また中空体２８内の構造空間を利用する。取付けフレーム２０は、２つの細長いビーム３０、３２を有する。ビーム３０、３２は、外方向に、すなわち自動車１０の端部区域に向かって長手方向軸線１６に平行に延在する。長手方向ビーム３０、３２は、自動車の横方向ビーム３４または支持フレーム１２に取り付けられる。長手方向ビーム３０、３２は、長手方向１８で外方向に開いたフレーム構成を形成し、自由端を有するビームとして、長手方向軸線１６に平行に、自動車１０または支持フレーム１２の端部に向かって延在する。電気駆動機械２２は、長手方向ビーム３０、３２の間に配置されて取り付けられる。補剛要素２８は、電気駆動機械２２に対してずらされるように、２つの長手方向ビーム３０、３２に取り付けられて、固定手段によって長手方向ビーム３０、３２に固定されるか機械的に固定接続される。補剛要素２８は、高い剛性および曲げ剛性を有する中空体２８の形態である。この中空体２８は、各長手方向ビーム３０、３２の遠位端３８に取り付けられ、長手方向ビーム３０、３２の遠位端３８を互いに機械的に接続する。補剛要素２８または中空体２８は、自由端を有する長手方向ビーム３０、３２と共に閉じたフレーム区域を形成する。また、中空体２８は、遠位端３８に長手方向ビーム３０、３２を互いに接続するための横方向ストラットを形成する。

取付けフレーム２０には、電気エネルギー貯蔵装置４０またはバッテリ４０も取り付けられる。電気エネルギー貯蔵装置４０は、電気駆動機械２２に電気的に接続することができ、それに対応して電気エネルギーを電気駆動機械２２に供給する。この実施形態では、電気エネルギー貯蔵装置４０は、電気駆動機械２２と横方向ビーム３４との間に配置される。

補剛要素２８は、電気駆動機械２２および電気エネルギー貯蔵装置４０に対して長手方向１８で外方向にずらされるように配置され、または取り付けられる。一方、電気駆動機械２２および電気エネルギー貯蔵装置４０は、補剛要素２８に対して長手方向１８で内方向にずらされるように配置され、または取り付けられる。すなわち、補剛要素２８は、自動車の衝突方向において、電気駆動機械２２の前に配置される。このようにすると、概して、長手方向ビーム３０、３２と、電気駆動機械２２と、補剛要素２８とによってブロック形成を実現することができる。補剛要素２８は、長手方向１８で電気構成要素に対して外側に配置され、または取り付けられる。それにより、自動車１０が衝突した場合に、電気構成要素が保護され、それに対応して、損傷された電気構成要素によって引き起こされる危険な過電圧が防止される。

補剛要素２８は、概して取付けフレーム２０を安定させるように機能し、電気駆動形態においては存在しない自動車１０の構成要素の代わりとなる。それにより、取付けフレーム２０は、補剛要素２８および電気駆動機械２２と共に堅固なブロックを形成する。このブロックは、自動車１０が衝突した場合に、所要の安定性および対応するクラッシャブルゾーンを提供する。このようにすると、（通常は内燃機関を備える自動車用に構成される）支持フレーム１２と取付けフレーム２０を電動自動車にも使用することができ、内燃機関および所要のトランスミッションの対応する取付点が、電気駆動機械２２および補剛要素２８を取り付けるために機能する。したがって、概して、例えば内燃機関ドライブトレインのエンジンブロックおよびトランスミッションなどの存在しない堅固な構成要素を、電気駆動機械２２および補剛要素２８で代用することができる。

補剛要素２８は、中空体２８の形態であり、好ましくは、補剛要素２８の安定性を高めると同時に構造空間を利用するために、例えば電気駆動機械２２のパワーエレクトロニクス機器や、電気エネルギー貯蔵装置４０を充電するための充電ユニットなど電気構成要素を収納することができる。電気構成要素は、通常は、堅固な金属冷却体を有するので、中空体２８内の電気構成要素のこの構成によって、ブロック形成、したがって取付けフレーム２０の補剛をさらに改良することが可能である。

代替実施形態では、補剛要素２８または中空体２８は、その内部に、補剛要素２８の機械的安定性を高めるためのフレームワーク構造を有する。フレームワーク構造は、好ましくは、固定手段３６または対応する取付点に機械的に接続されて、自動車１０が衝突した場合に、補剛要素２８から長手方向ビーム３０、３２に衝突エネルギーを伝達する。

固定手段３６は、補剛要素２８をそれぞれの長手方向ビーム３０、３２上の対応する取付点に固定するためのねじ、リベット、または溶接点でよい。好ましくは、中空体２８は、その各側面でそれぞれ面接触で長手方向ビーム３０、３２に接続される。

長手方向ビーム３０、３２は、（本明細書ではさらに詳細には示さない）複数の座屈区域を有する。座屈区域は、長手方向ビーム３０、３２の所定の破壊点または座屈点として機能する。衝突時、座屈区域が、取付けフレーム２０の規定の曲げ挙動を概して保証し、支持フレーム構成要素の制御された曲げを実現することが意図される。このようにすると、概して自動車１０のクラッシャブルゾーンを改良することができる。

補剛要素２８と電気駆動機械２２との間には、取付部材４２が配置される。取付部材４２は、好ましくは、補剛要素２８に当接し、電気駆動機械２２に向いた面で、電気駆動機械２２の表面に対応する形態または構造または輪郭を有する。取付部材４２は、それにより、自動車１０が衝突した場合および取付けフレーム２０の対応する変形が生じた場合に、取付けフレーム２０全体の安定性およびさらなるブロック形成にさらに寄与する。この目的で、取付部材４２は、好ましくは、それに対応して補剛要素２８に向いた平坦面と、電気駆動機械２２に向いた凹曲面とを有する。取付部材４２は、補剛要素２８にも電気駆動機械２２にも面接触で当接することができる。

取付部材４２は、例えば硬質ゴムから構成されるプラスチック要素として、または例えばアルミニウムから構成される金属要素として形成することができる。取付部材４２は、好ましくはハニカム構造を有し、軽量でありながら高い安定性、したがって非常に効果的なブロック形成を提供する。

図２は、支持フレーム１２を備える自動車１０の斜視詳細図を概略的に示す。同一の要素には同一の参照符号が付されており、ここでは、特別な特徴のみを説明する。

長手方向ビーム３０、３２は、長手方向軸線１６に平行に延在し、中空長方形状を有する細長い直線ロッドとして形成され、それに対応して重量を減少する。電気駆動機械２２およびトランスミッション２６は、長手方向ビーム３０、３２の間に取り付けられる。長手方向ビーム３０、３２は、中央区域４６で横方向ビーム５０によって接続され、それにより構成要素のための取付け機能を改良し、かつ上記の領域での安定性を高める。以下により詳細に説明するように、補剛要素２８は、長手方向ビーム３０、３２の遠位端３８に取り付けられて、長手方向ビーム３０、３２を互いに機械的に固定接続し、それに対応して閉じたフレーム区域を形成する。

長手方向ビーム３０、３２に横方向に隣接して、支持フレーム１２のそれぞれ１つの長手方向区域５４、５６が形成される。各長手方向区域は、支持フレーム１２をバンパに接続するための接続区域５８、６０を有する。

補剛要素２８は、長手方向ビーム３０、３２の遠位端３８の間に配置され、固定手段３６によって長手方向ビーム３０、３２に固定接続される。補剛要素２８は、ボックスまたはブロックの形態であり、空洞部を有する。１つの特定の実施形態では、空洞部内に電気構成要素を取り付けることができる。平坦面６２と凹曲面６４とを有する取付部材４２が、電気駆動機械２２と補剛要素２８との間に配置される。平坦面６２は、取付部材４２を補剛要素２８に固定するよう機能する。凹面は、電気駆動機械２２に面し、自動車１０が衝突した場合の補剛要素２８と電気駆動機械２２との機械的な接触を改良し、補剛要素２８と電気駆動機械２２とによるブロック形成を改良するよう機能する。凹面６４は、この場合、電気駆動機械２２から離隔されることも、電気駆動機械２２に当接することもある。適用要素４２は、好ましくはハニカム構造を有し、例えば、硬質ゴムなどのプラスチック、またはアルミニウムなどの金属から形成される。

取付部材４２によって、補剛要素２８と電気駆動機械２２とによるブロック形成を全体的に改良することができる。

図３ａは、補剛要素２８または中空体２８の特定の実施形態を概略的に示す。同一の要素には同一の参照符号が付されており、ここでは、特別な特徴のみを説明する。

上述したように、補剛要素２８は、長手方向ビーム３０、３２の遠位端３８に固定される。補剛要素２８は、空洞部６６を有する。空洞部６６は、軽量化のために機能し、その中に、好ましくは、例えば、インバータなど電気駆動機械の電気構成要素、または電気エネルギー貯蔵装置４０を充電するための充電ユニットが配置されることがある。この実施形態では、補剛要素２８は、高い曲げ剛性を有する堅固な金属ハウジングにより、２つの長手方向ビーム３０、３２の間の機械的な接続部を形成する。

図３ｂは、補剛要素２８の代替実施形態を概略的に示す。同一の要素には同一の参照符号が付されており、ここでは、特別な特徴のみを説明する。

補剛要素２８は、概して中空体として形成される。中空体の中に、一体となってフレームワーク構造を形成する複数の補剛ストラット６８が形成される。補剛ストラット６８は、補剛要素２８内で、取付点７０から、異なる方向へ放射状に、またはＶ字形に延在する。取付点７０は、それぞれの長手方向ビーム３０、３２への補剛要素２８の機械的な接続部を形成し、固定手段３６の１つに割り当てられる。補剛要素２８の空洞部内に補剛ストラット６８によって形成されたフレームワーク構造により、目標通りに補剛要素２８の機械的安定性を高めることができる。ここで、自動車１０が衝突した場合に、補剛ストラット６８は、取付点７０を介して取付けフレーム２０に衝突エネルギーを伝達し、それにより、衝突エネルギーを伝播させ、したがって分散させる。

１０ 電動自動車
１８ 長手方向
２０ 取付けフレーム
２２ 電気駆動ユニット
２８ 中空体
３０、３２ 長手方向ビーム
３６ 接続手段
４０ 電気エネルギー貯蔵装置
４２ 取付部材
６８ 補剛ストラット
７０ 取付点

Claims (13)

1. 電動自動車（１０）用の取付けフレーム（２０）であって、前記自動車（１０）の長手方向（１８）に向けられた２つの長手方向ビーム（３０、３２）と、前記自動車（１０）を駆動させるための、前記長手方向ビーム（３０、３２）に取り付けられた電気駆動ユニット（２２）とを備え、前記長手方向ビーム（３０、３２）が、前記長手方向（１８）で外方向に開いたフレーム構成を形成し、取付けフレーム（２０）がさらに、高い曲げ剛性を有する中空体（２８）を有し、前記中空体（２８）が、前記長手方向ビーム（３０、３２）とは別個に構成され、前記取付けフレーム（２０）に固定され、前記中空体（２８）が、前記長手方向ビーム（３０、３２）の間に配置され、前記長手方向ビーム（３０、３２）に機械的に固定接続されて、閉じたフレーム区域を形成することを特徴とする取付けフレーム（２０）。
2. 前記中空体（２８）が、接続手段（３６）によって前記長手方向ビーム（３０、３２）に固定されることを特徴とする請求項１に記載の取付けフレーム。
3. 前記中空体（２８）と前記駆動ユニット（２２）とが、前記長手方向ビーム（３０、３２）に、前記長手方向（１８）で互いに前後に取り付けられ、前記中空体（２８）が、前記長手方向（１８）で前記駆動ユニット（２２）に対して外方向にずらされるように配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の取付けフレーム。
4. 前記駆動ユニット（２２）に電気エネルギーを供給するための電気エネルギー貯蔵装置（４０）が、前記長手方向ビーム（３０、３２）に取り付けられ、前記中空体（２８）が、前記長手方向（１８）で前記電気エネルギー貯蔵装置（４０）に対して外方向にずらされるように配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の取付けフレーム。
5. 前記中空体（２８）内に補剛ストラット（６８）が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の取付けフレーム。
6. 前記補剛ストラット（６８）が、取付点（７０）から延びて前記中空体（２８）内に放射状に延在し、前記取付点（７０）で、前記中空体（２８）が、前記長手方向ビーム（３０、３２）の一方に取り付けられることを特徴とする請求項５に記載の取付けフレーム。
7. 取付部材（４２）が、前記中空体（２８）と前記駆動ユニットとの間に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の取付けフレーム。
8. 前記取付部材（４２）が、前記駆動ユニット（２２）に向いた凹曲面を有することを特徴とする請求項７に記載の取付けフレーム。
9. 前記取付部材（４２）が、プラスチックから形成されることを特徴とする請求項７または８に記載の取付けフレーム。
10. 前記取付部材（４２）が、金属から形成されることを特徴とする請求項７または８に記載の取付けフレーム。
11. 前記取付部材（４２）が、ハニカム構造を有することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の取付けフレーム。
12. 前記電動自動車（１０）の電気構成要素が、前記中空体（２８）内に収納されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の取付けフレーム。
13. 前記中空体（２８）が、閉じた中空体（２８）の形態であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の取付けフレーム。

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