JP2016060262A - 電力変換器の搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、衝突の衝撃に対して堅牢な電力変換器の搭載構造を開示する。
【解決手段】走行用のモータ２に電力を供給するＰＣＵ２０は、フロントコンパートメントに搭載されている。ＰＣＵ２０は、車両前後方向に並んでいるフロントブラケット４０とリアブラケット１０によってＴＡケース３０の上に固定されている。ＰＣＵ２０は、ＴＡケースとの間に隙間を有するとともに前下がりとなるように固定されている。リアブラケット１０は、ＴＡケース３０との締結箇所から車両後方へ伸びており、後方にて上方へ屈曲し、上端がＰＣＵ２０の後部に連結されている。また、リアブラケット１０の屈曲部１７ａの下方に空間Ｓｐが確保されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、走行用のモータに電力を供給する電力変換器のフロントコンパートメントへの搭載構造に関する。

電動車両は、電源電力を走行用のモータに適した電力に変換してそのモータに供給する電力変換器を備える。電力変換器は、車両のフロントコンパートメントに搭載されることが多い。特許文献１には、フロントコンパートメント内にてモータを収容したトランスアクスルの上にＰＣＵ（パワーコントロールユニット）を固定する技術が開示されている。特許文献１には、前方衝突時の衝撃からＰＣＵを保護すべく、次の構造が開示されている。ＰＣＵは、フロントブラケットとリアブラケットにより、トランスアクスルの上に固定される。ＰＣＵは、トランスアクスルとの間に隙間を有するとともに前下がりになるようにトランスアクスルの上に固定される。リアブラケットには、衝突荷重で変形するように切欠が設けられる。衝突荷重によりリアブラケットが変形し、ＰＣＵが後下方へ移動することでＰＣＵに加わる衝撃が緩和される。なお、ＰＣＵは、走行用のモータに電力を供給する電力変換器の一種である。以下の説明において、「前」と「後」とは、車両の前後方向における「前」と「後」を意味する。

特開２０１３−１９３６３４号公報

特許文献１の技術は、トランスアクスルの直上にリアブラケットが位置する。電力変換器は、衝突荷重を受けて後下方に移動する。電力変換器とトランスアクスルの間に変形したリアブラケットが挟まれる。別言すれば、電力変換器は、トランスアクスルとの間の隙間の大きさから変形したリアブラケットの大きさを差し引いた分だけしが下方へ移動することができない。本明細書が開示する技術は、リアブラケットの形状と取り付け方を工夫し、衝突時にリアブラケットが下方へ移動可能な距離を大きくする。そうして、衝突時の衝撃から電力変換器を保護する。本明細書は、衝突の衝撃に対して堅牢な電力変換器の搭載構造を開示する。

本明細書が開示する技術が対象とする電動車両も、特許文献１と同じく、電力変換器はモータケースとの間に隙間を有するとともに前下がりとなるように固定されている。電力変換器は、車両前後方向に並んだフロントブラケットとリアブラケットにより、モータケースの上に固定される。そして、リアブラケットは、モータケースとの締結箇所から車両後方へ伸びており、後方にて上方へ屈曲し、上端が電力変換器の後部に連結されている。そして、リアブラケットの屈曲部の下方に空間が確保されている。

上記の搭載構造によれば、衝突荷重が前方から電力変換器に加わった際、リアブラケットは、屈曲部が後下方に移動するように変形する。リアブラケットの変形とともに、電力変換器も後下方に移動し、衝突の衝撃が緩和される。リアブラケットがその屈曲部の下方の空間に移動できるので、特許文献１の技術と比較して、電力変換器が移動できる距離が長くなる。それゆえ、特許文献１の技術と比較して、高い衝撃緩和効果が期待できる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

フロントコンパートメントにおけるデバイス配置を示す斜視図である。 トランスアクスルケース（ＴＡケース）とパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）の側面図である。 ＴＡケースとＰＣＵの側面図である（リアブラケット変形時）。 変形例のＴＡケースとＰＣＵの側面図である。

図面を参照して実施例の搭載構造を説明する。実施例の搭載構造は、走行用にモータ２とエンジン９８の双方を備えたハイブリッド車１００に適用されている。図１に、ハイブリッド車１００のフロントコンパートメント９０におけるデバイスの配置を示す。なお、図中の座標系は、Ｆ軸が車両前方を示しており、Ｖ軸が鉛直上方を示しており、Ｈ軸は車幅方向（車両の側方）を示している。座標系の記号の意味は、以降の図でも同じである。

フロントコンパートメント９０には、エンジン９８のほか、パワーコントロールユニット２０、トランスアクスルケース３０、サブバッテリ９５、リレーボックス９２、エアコン９３、ラジエータ９７などが配置されている。フロントコンパートメント９０には他にも様々なデバイスが配置されているが、それらの図示は省略する。以下では、説明の便宜上、パワーコントロールユニット２０をＰＣＵ２０と略して表す。また、トランスアクスルケース３０をＴＡケース３０と略して表す。図１ではＴＡケース３０やエンジン９８などは模式化して描かれていることに留意されたい。

モータ２は、ＴＡケース３０に収容されている。従ってＴＡケース３０はモータケースとみなせる。ＴＡケース３０は、例えば、アルミニウムのダイキャスト製である。または、ＴＡケースは、アルミニウムの削り出しで作られる。ＴＡケース３０には、さらに、エンジン９８の出力トルクとモータ２の出力トルクを合成／分配する動力分配機構３が収容されている。デファレンシャルギア４もＴＡケース３０に収容されている。動力分配機構３は、エンジン９８の出力トルクとモータ２の出力トルクを合成してデファレンシャルギア４へ出力する。動力分配機構３は、状況に応じて、エンジン９８の出力トルクを分割してデファレンシャルギア４とモータ２へ伝達する。この場合、ハイブリッド車１００は、エンジントルクで走行しながらモータ２によって発電する。ハイブリッド車１００は、また、制動時の車両の減速エネルギを使ってモータ２により発電する。発電で得た電力でバッテリを充電する。

エンジン９８とＴＡケース３０は、車両の構造強度を担保するサイドメンバ９６に懸架されている。図１では１本のサイドメンバ９６のみが描かれているが、図１においてエンジン９８の左下にも別のサイドメンバが伸びている。エンジン９８とＴＡケース３０は、２本のサイドメンバの間に懸架されている。

ＰＣＵ２０は、不図示の高圧バッテリの電力を昇圧した後、交流に変換してモータ２へ供給するデバイスである。即ち、ＰＣＵ２０は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を内蔵している。ＰＣＵ２０は、また、モータ２が発電した交流電力を直流電力に変換した後に降圧して高圧バッテリを充電する機能も有する。ＰＣＵ２０は、電力変換器の一種である。ＰＣＵ２０は、ＴＡケース３０の上に固定されている。

図１とともに図２を参照してＴＡケース３０とＰＣＵ２０の関係を詳しく説明する。図２は、ＴＡケース３０とＰＣＵ２０の側面図である。「側面」とは、車幅方向（図中のＨ軸方向）から見たときの図に相当する。図２が、ＰＣＵ２０の搭載構造９をよく表している。

先に述べたように、ＴＡケース３０には、モータ２と動力分配機構３とデファレンシャルギア４が収容されている。ＴＡケース３０の内部では、モータ２の出力軸（モータ軸２ａ）と動力分配機構３の主軸３ａとデファレンシャルギア４の主軸４ａが平行に並んでいる。それら３本の軸は車幅方向（図中のＨ軸方向）に伸びている。図２に示すように、３本の軸は、車幅方向からみて三角形をなすように配置されている。図２に示すように、ＴＡケース３０の上面３０ａは、３本の軸の配置のため、前下がりに傾斜している。それゆえ、上面３０ａに固定されるＰＣＵ２０も、前下がりに傾斜して配置される。なお、「ＰＣＵ２０が前下がりである」とは、ＰＣＵ２０の前端の地上高さが後端の地上高さよりも低いことを意味する。

ＰＣＵ２０は、車両前後方向に並んで配置されているフロントブラケット４０とリアブラケット１０によりＴＡケース３０の上に固定される。ＰＣＵ２０とＴＡケース３０の間には、隙間Ｈａが確保されている。この隙間Ｈａは、フロントブラケット４０とリアブラケット１０によって確保される。また、ＰＣＵ２０とＴＡケース３０は、６本のパワーケーブル２１で繋がっている。パワーケーブル２１は、モータ２へ電力を送るためのワイヤハーネスである。説明を省略したが、ＴＡケース３０には２個の３相交流モータが収容されており、６本のパワーケーブルは２組の３相交流を伝送する。

フロントブラケット４０の一端がボルト４４によってＴＡケース３０の上面３０ａに固定され、フロントブラケット４０の他端がボルト４３によってＰＣＵ２０の前面２０ａに連結される。フロントブラケット４０とＰＣＵ２０の前面２０ａとの間には防振ブッシュ４２が挟まれている。図１に示されているように、フロントブラケット４０は、車幅方向に並んだ２個のボルト４４によってＴＡケース３０に固定される。また、フロントブラケット４０は、車幅方向に並んだ２個のボルト４３によってＰＣＵ２０に連結される。フロントブラケット４０は、金属板（鋼板）のプレス加工で作られている。

リアブラケット１０は、ベースプレート１３と脚部１７の２つのパーツで構成されている。ベースプレート１３は、その前端がボルト１４によってＴＡケース３０の上面３０ａに固定されている。ベースプレート１３は、上面３０ａからＴＡケース３０よりも後方へ伸びている。ベースプレート１３の後端にボルト１５によって脚部１７が連結されている。脚部１７は、ベースプレート１３の後端から上方へ伸びている。脚部１７の上端がボルト１６によってＰＣＵ２０の後面２０ｂに連結されている。脚部１７の上端とＰＣＵ２０の後面２０ｂとの間にも、防振ブッシュ１２が挟まれている。図２に良く示されているように、リアブラケット１０は、側面視するとＬ字に屈曲している。リアブラケット１０は、ＴＡケース３０との締結箇所（ボルト１４）から車両後方へ伸びており、後方にて上方へ屈曲し、上端がＴＡケース３０の後面３０ｂに連結されている。ベースプレート１３が、ＴＡケース３０との締結箇所（ボルト１４）から車両後方へ伸びている部位に相当する。ベースプレート１３と脚部１７の連結部位を屈曲部１７ａと称する。リアブラケット１０は、屈曲部１７ａにて、ベースプレート１３から上方に屈曲する。屈曲部１７ａの下方には、空間Ｓｐが確保されている。空間Ｓｐは、ＴＡケース３０の後方空間に相当する。ベースプレート１３と脚部１７は、鋼板などの金属で作られている。

図２には示されていないが、フロントブラケット４０と同様に、リアブラケット１０は、車幅方向に並んだ２個のボルト１４によってＴＡケース３０に固定されている。リアブラケット１０は、また、車幅方向に並んだ２個のボルト１６によってＰＣＵ２０に連結されている。ベースプレート１３と脚部１７は、車幅方向に並んだ複数のボルト１５によって連結されている。

上記の搭載構造９の利点を説明する。図３に、車両が前方衝突したときのＰＣＵ２０の姿勢を示す。符号Ｆが示す矢印が衝突荷重を示している。また、図３では、衝突前のＰＣＵ２０とフロントブラケット４０を二点鎖線で示している。パワーケーブル２１と衝突後のフロントブラケット４０は図示を省略している。衝突荷重Ｆが加わると、ＰＣＵ２０は後方へと押し動かされる。ＰＣＵ２０の後面２０ｂによってリアブラケット１０の上端も後方へと押し動かされる。リアブラケット１０は、その一端がＴＡケース３０に固定されているので、屈曲部１７ａが下方の空間Ｓｐに向けて移動するように変形する。その結果、ＰＣＵ２０の移動方向が後方から後下方へと変わる。また、屈曲部１７ａがＴＡケース３０の上面３０ａよりも低い位置まで下がるので、ＰＣＵ２０はＴＡケース３０の上面３０ａに接するまで下がることができる。なお、図３では、リアブラケット１０のベースプレート１３とボルト１４のボルトヘッドが上面３０ａとＰＣＵ２０との間に位置するが、実際には、ベースプレート１３とボルトヘッドの高さはそれほど大きくない。図２では理解を助けるためにそれらの大きさを強調して描いてあることに留意されたい。

仮に、空間Ｓｐが確保されていない場合を想定する。例えば、ＰＣＵ２０の全体が車両前側（図中Ｆ軸の正方向）に寄っており、リアブラケットの全体が上面３０ａの上に位置する場合を想定する。その場合、衝突荷重Ｆが加わると、ＰＣＵ２０が後下方へと移動するとともにリアブラケットが変形する。リアブラケットには退避する空間が無いので、変形したリアブラケットは上面３０ａとＰＣＵ２０との間（図３の符号Ｇｐが示す箇所）に挟まれる。変形したリアブラケット１０の容積の分だけＰＣＵ２０の下方への移動が制限される。実施例の搭載構造９は、従来の技術と比較して、ＰＣＵ２０の下方向への移動距離が長い。ＰＣＵ２０の下方への移動距離が長い方が、衝突の衝撃をより低減することができる。実施例の搭載構造９は、正面からの衝突荷重に対するＰＣＵ２０の保護性能が従来に比べて高い。別言すれば、実施例の搭載構造９は、正面からの衝撃に対して堅牢である。

リアブラケット１０の屈曲部１７ａが後下方に移動することには別の利点もある。一つの利点は次の通りである。リアブラケット１０が後下方へ動くことで、ＰＣＵ２０も後下方へ動く。水平後方に作用する衝突荷重ＦによってＰＣＵ２０は後方へ押し動かされるが、その方向が下向きに変化する。このことにより、衝突の衝撃が緩和される。また、ほかの一つの利点は次の通りである。脚部１７が後下方に移動することで、ベースプレート１３をＴＡケース３０に固定しているボルト１４に加わるせん断力が低減される。

図４を参照して、変形例の搭載構造９ａを説明する。図４は、図２と同様に、変形例におけるＴＡケース３０とＰＣＵ２０の側面図を示している。なお、変形例の搭載構造９ａでは、リアブラケットの形状が実施例のものと異なる。図４において、図２で示した部品と同じ部品には同じ符号を付している。先に説明した実施例のリアブラケット１０は、ベースプレート１３と脚部１７の２つの部品で構成されている。この変形例では、リアブラケット１１０は、一つの部品、即ち、Ｌ字ブラケット１１３だけである。Ｌ字ブラケット１１３は、Ｌ字の一端がＴＡケース３０の上面３０ａに固定される。Ｌ字ブラケット１１３は、ＴＡケース３０との締結箇所（ボルト１４）から車両後方へ伸びている。そして、Ｌ字ブラケット１１３は、その後端にて上方へ屈曲している。符号１１３ａが屈曲箇所を示している。さらに、Ｌ字ブラケット１１３は、上端がＰＣＵ２０の後面２０ｂに連結されている。Ｌ字ブラケット１１３の上端は、防振ブッシュ１２を介して後面２０ｂに連結されている。このリアブラケット１１０を使った搭載構造９ａも、図２と図３を使って説明した効果と同様の効果を奏することは明らかである。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。ＴＡケース３０がモータケースの一例に相当する。モータケースは、ＴＡケース３０に限られず、モータだけを収容するケースであってもよい。あるいは、モータケースは、ハイブリッド車においてモータとエンジンの双方を収容するケースであってもよい。モータケースは、アルミダイカスト、あるいは、鉄で作られていることが多い。ＰＣＵ２０が電力変換器の一例に相当する。電力変換器は、ＰＣＵに限られない。電動モータに電力を供給するデバイスであればよい。電力変換器の筐体もアルミダイカストで作られることが多い。電力変換器の筐体は、鋼板そのほかの金属で作られていてもよい。電力変換器のケースカバーは鋼板で作られることが多い。

実施例の搭載構造では、リアブラケットは電力変換器の後面に連結されている。リアブラケットは、電力変換器の後部に連結されていればよい。例えば、リアブラケットは、電力変換器の下面後端に連結されていてもよい。

本明細書が開示する技術はハイブリッド車に限られず、電気自動車に適用することも可能である。本明細書が開示する技術は、燃料電池車に適用することも好適である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：モータ
３：動力分配機構
４：デファレンシャルギア
９、９ａ：電力変換器の搭載構造
１０、１１０：リアブラケット
１７：脚部
１７ａ：屈曲部
１２：防振ブッシュ
１３：ベースプレート
１４、１５、１６：ボルト
２０：パワーコントロールユニット（電力変換器）
３０：トランスアクスルケース（モータケース）
４０：フロントブラケット
４２：防振ブッシュ
４３、４４：ボルト
９０：フロントコンパートメント
１００：ハイブリッド車

Claims (1)

1. 走行用のモータに電力を供給する電力変換器の搭載構造であり、
   前記電力変換器が、フロントコンパートメント内にて、車両前後方向に並んでいるフロントブラケットとリアブラケットによってモータケースの上に固定されており、
   前記電力変換器は、モータケースとの間に隙間を有するとともに前下がりとなるように固定されており、
   前記リアブラケットは、モータケースとの締結箇所から車両後方へ伸びており、後方にて上方へ屈曲し、上端が前記電力変換器の後部に連結されており、当該リアブラケットの屈曲部の下方に空間が確保されている、
   ことを特徴とする電力変換器の搭載構造。

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