JP2017007553A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、電力制御ユニットがブラケットによってハウジングの上方に支持されている電動車両に関し、通常走行時に電力制御ユニットに加わる振動を低減するとともに、衝突時にブラケットとハウジングの連結部分に加わる負荷を低減する技術を提供する。
【解決手段】本明細書が開示する電動車両は、走行用のモータを駆動する電力制御ユニット２０を車両の前部空間に搭載する。電力制御ユニット２０は、その前後をフロントブラケット１０とリアブラケット２０で支持されつつ、モータ３を収容するハウジング３０の上方に隙間ＳＰを有して固定されている。電力制御ユニット２０の下面にダイナミックダンパ６０が取り付けられている。ハウジング３０の上面に、前方から電力制御ユニット２０に加わる衝突荷重Ｗによって電力制御ユニット２０が後方へ移動したときに、ダイナミックダンパ６０と当接するストッパ３５が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、走行用のモータを駆動する電力制御ユニットを車両前部空間に搭載した電動車両に関する。

電気モータで走行する電動車両は、電気モータを駆動する電力制御ユニットを備える。なお、本明細書における電動車両には、電気自動車のほか、ハイブリッド車と燃料電池車も含まれる。また、説明を簡単にするため、以下では「電気モータ」を単純に「モータ」と表記する。

電力制御ユニットは、典型的には、電源の直流電力を交流に変換するインバータである。電力制御ユニットは、昇圧コンバータを含む場合もある。多くの種類の電動車両は、車両の前部空間（エンジンコンパートメント）にモータと電力制御ユニットを搭載する。なお、本明細書では、自動車の技術分野における慣習に従い、エンジンを備えない電動車両についても、走行用のモータを収容する空間を「エンジンコンパートメント」と表記する。

電力制御ユニットは、モータのハウジングの上方に固定されることがある。電力制御ユニットをモータの近くに配置することで、電力制御ユニットとモータをつなぐパワーケーブルが短くなり、電力伝送における損失が抑制できる。特許文献１に、電力制御ユニットのそのような車載構造を有する電動車両の一例が開示されている。特許文献１に開示された技術では、通常走行時のモータの振動から電力制御ユニットを保護するために、電力制御ユニットは、その前部をフロントブラケットに支持され、後部をリアブラケットに支持され、ハウジングの上方に隙間を有して固定される。以下では、説明を簡単にするため、フロントブラケットとリアブラケットを区別なく示すときには「ブラケット」と表記する場合がある。フロントブラケットとリアブラケットの両方を示すときには「両方のブラケット」と表記する場合がある。ブラケットとは、電力制御ユニットなどのデバイスを固定するための金具を意味する。

特開２０１３−２３３８３６号公報

電力制御ユニットの内部には数十キロワットの電力を扱う部品が存在する。電力制御ユニットは、車両衝突時に内部の高電圧回路が露出しないように、衝突安全性が高いことが求められる。特に前方衝突（斜め衝突を含む）に対する衝突安全性が強く求められる。モータのハウジングは比較的に大きく、さらに強固である。それゆえ、モータのハウジングの上部に電力制御ユニットを配置することは、衝突時に前方から近づく障害物から電力制御ユニットを保護することにも適している。それでも、前方衝突の際にハウジングの上方を障害物が通過し、その障害物が電力制御ユニットと衝突する可能性がある。障害物との衝突で電力制御ユニットがハウジングから外れないためには、ブラケットの剛性は高い方がよい。しかしながら、ブラケットの剛性を高くすると、通常走行時に電力制御ユニットに加わる振動が大きくなる。また、ブラケットの剛性が高いと、車両が衝突したとき、ブラケットとハウジングの連結部分に大きな負荷が加わる。負荷が大きいとハウジングがダメージを受ける虞がある。本明細書は、電力制御ユニットがフロントブラケットとリアブラケットによってハウジングの上方に支持されている電動車両に関し、通常走行時に電力制御ユニットに加わる振動を低減するとともに、衝突時にブラケットとハウジングの連結部分に加わる負荷を低減する技術を提供する。

本明細書が開示する電動車両の一態様は次の通りである。電動車両は、走行用のモータを駆動する電力制御ユニットを車両の前部空間に搭載している。電力制御ユニットは、その前後をフロントブラケットとリアブラケットで支持されつつ、モータを収容するハウジングの上方に隙間を有して固定されている。本明細書が開示する電動車両では、電力制御ユニットの下面に振動抑制用のダイナミックダンパを取り付ける。そして、電力制御ユニットの下面と対向するハウジングの上面に、前方から電力制御ユニットに加わる荷重によって電力制御ユニットが後方へ移動したときに、ダイナミックダンパと当接するストッパを設ける。

上記の電動車両では、ブラケットを通じて電力制御ユニットに伝わる振動はダイナミックダンパによって低減される。一方、車両が衝突して電力制御ユニットが後方へ移動する際、ダイナミックダンパとストッパが当接する。電力制御ユニットが受ける衝突荷重の一部をストッパが受け持つ。その結果、ブラケットとハウジングの連結部に加わる負荷が低減される。ダイナミックダンパの具体的な構造など、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。

エンジンコンパートメント内の部品レイアウトの一例を示す斜視図である。 ハウジングと電力制御ユニットの側面図である。 電力制御ユニットが後方へ移動したときの側面図である。 一例のダイナミックダンパの斜視図である。

図面を参照して実施例の電動車両を説明する。実施例の電動車両は、走行用のモータ３とエンジン９８の双方を備えたハイブリッド車１００である。図１に、ハイブリッド車１００のエンジンコンパートメント９０におけるデバイスの配置を示す。ハイブリッド車１００のエンジンコンパートメント９０は、車両前部に位置する。別言すれば、エンジンコンパートメント９０は、車両の前部空間である。なお、図中の座標系は、Ｆ軸が車両前方を示しており、Ｖ軸が車両上方を示しており、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。

エンジンコンパートメント９０には、エンジン９８、ＰＣＵ２０、ハウジング３０などが配置されている。エンジンコンパートメント９０にはバッテリ９５など、他にも様々なデバイスが配置されているが、それらの説明は省略する。図１ではハウジング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。ハウジング３０は、モータ３と動力分配機構６とデファレンシャルギア４を収容している。説明を簡単にするために、以下では、「電力制御ユニット２０」を略して「ＰＣＵ２０」と表記する。ＰＣＵは、Power Control Unitの略である。

動力分配機構６は、エンジン９８の出力トルクとモータ３の出力トルクを合成／分配するギアセットである。動力分配機構６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３へ伝達する。デファレンシャルギア４を内蔵しているので、ハウジング３０は、別言すれば、モータとトランスアクスルのケースである。ハウジング３０は、例えば、アルミニウムのダイキャスト、あるいは、削り出しで作られる。

エンジン９８とハウジング３０は、車幅方向で隣り合うように連結されている。エンジン９８とハウジング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とハウジング３０は、２本のサイドメンバの間に懸架されている。

ＰＣＵ２０は、走行用のモータ３を駆動するデバイスである。より詳しくは、ＰＣＵ２０は、不図示の高電圧バッテリの電力を昇圧した後、交流に変換してモータ３へ供給する。ＰＣＵ２０は、また、モータ３が発電した交流電力を直流電力に変換し、さらに降圧する場合がある。降圧された電力によって高電圧バッテリが充電される。

詳しくは後述するが、ＰＣＵ２０は、ハウジング３０の上面との間に隙間を有して支持される。ＰＣＵ２０は、その前側がフロントブラケット１０によって支持されており、後側がリアブラケット４０によって支持されている。図１とともに図２を参照してハウジング３０とＰＣＵ２０の関係を詳しく説明する。図２は、ハウジング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）から見た図である。

ＰＣＵ２０とハウジング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、ＰＣＵ２０からモータ３へ電力を送るためのワイヤーハーネスである。説明を省略したが、ハウジング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。ハウジング３０には２個のモータが収容されているが、以下では、一方のモータ（モータ３）に着目して説明を続ける。

先に述べたように、ハウジング３０には、モータ３と動力分配機構６とデファレンシャルギア４が収容されている。ハウジング３０の内部では、モータ３の出力軸３ａと動力分配機構６の主軸６ａ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。３本の軸の配置のため、ハウジング３０の上面３０ａは、前下がりに傾斜している。それゆえ、上面３０ａの上方に支持されるＰＣＵ２０も、前下がりに傾斜して配置される。

ＰＣＵ２０は、フロントブラケット１０とリアブラケット４０によりハウジング３０の上方に支持されている。フロントブラケット１０は、ＰＣＵ２０の前面２０ａを支持し、リアブラケット４０はＰＣＵ２０の後面を支持する。ＰＣＵ２０の下面２０ｂとハウジング３０の間には、隙間ＳＰが確保されている。この隙間ＳＰは、フロントブラケット１０とリアブラケット４０によって確保される。

フロントブラケット１０は、基部がボルト５２によってハウジング３０の上面３０ａに固定され、上部がボルト５１によってＰＣＵ２０の前面２０ａに連結される。フロントブラケット１０の上部とＰＣＵ２０との間には防振ブッシュ１２が介在している。図１に示されているように、フロントブラケット１０は、車幅方向に並んだ２個のボルト（図２のボルト５２）によってハウジング３０に固定され、車幅方向に並んだ２個の別のボルト（図２のボルト５１）によってＰＣＵ２０に連結される。フロントブラケット１０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４０もフロントブラケット１０と同様の構造を有している。リアブラケット４０も、その基部がボルト５４によってハウジング３０の上面３０ａに固定されている。リアブラケット４０の上部がボルト５３によってＰＣＵ２０の後面に固定されている。図示は省略するが、フロントブラケット１０と同様に、リアブラケット４０は、車幅方向に並んだ２個のボルトによってハウジング３０に固定され、車幅方向に並んだ２個の別のボルトによってＰＣＵ２０に連結される。リアブラケット４０の上部とＰＣＵ２０の後面との間には防振ブッシュ４２が介在している。リアブラケット４０も、金属板（鋼板）のプレス加工で作られている。

モータ３と動力分配機構６とデファレンシャルギア４は走行中に激しく振動する。また、エンジン９８がハウジング３０に連結されているため、エンジン９８によってもハウジング３０が激しく振動する。ハウジング３０の振動からＰＣＵ２０を保護するため、ＰＣＵ２０は、ハウジング３０の上方に隙間ＳＰを有して支持されており、また、防振ブッシュ１２、４２を介してフロントブラケット１０とリアブラケット４０で支持されている。

ハイブリッド車１００は、フロントブラケット１０とリアブラケット４０を介して伝わる振動をさらに抑制するために、ＰＣＵ２０の下面２０ｂにダイナミックダンパ６０を備えている。ダイナミックダンパ６０は、弾性部材を介して枠に錘が支持されている構造を有しており、弾性部材の減衰力でＰＣＵ２０の振動を抑制する。ダイナミックダンパ６０の構造は後に図４を参照して説明する。ダイナミックダンパ６０は、側方から見るとＬ字型をなしており、Ｌ字の水平部分がＰＣＵ２０の下面２０ｂに固定されており、Ｌ字の垂直部分がＰＣＵ２０の下面２０ｂから下方へと延びている。

ＰＣＵ２０の下面２０ｂと対向するハウジング３０の上面３０ａに、前方衝突時（斜め衝突時）に前方からＰＣＵ２０に加わる荷重によってＰＣＵ２０が後方へ移動したときに、ダイナミックダンパ６０と当接するストッパ３５が設けられている。次に、ストッパ３５の役割を説明する。

車両が前方衝突した際、ＰＣＵ２０は前方から迫る障害物と衝突し、衝突荷重を受けることがある。図２では矢印Ｗが衝突荷重を模式的に表している。ＰＣＵ２０を支持するフロントブラケット１０とリアブラケット４０は、ＰＣＵ２０を介して衝突荷重Ｗを受ける。その結果、フロントブラケット１０の上部とリアブラケット４０の上部は後方に変形し、ＰＣＵ２０が後方へ移動する。図３に、衝突荷重Ｗを受けたＰＣＵ２０が後方に移動した状態を示す。図３に示すように、ＰＣＵ２０が後方に移動した際、下面２０ｂに固定されたダイナミックダンパ６０とストッパ３５が当接する。ストッパ３５は、ＰＣＵ３０の後方への移動を規制する。図３に示されているように、ストッパ３５は、パワーケーブル２１がＰＣＵ２０からハウジング３０まで破断せずに届く範囲でＰＣＵ３０の後退を規制する位置に配置されている。

フロントブラケット１０とハウジング３０との連結部（図２のボルト５２）と、リアブラケット４０とハウジング３０との連結部（図２のボルト５４）に加え、ストッパ３５が衝突荷重Ｗに抗する。すなわち、衝突荷重Ｗは、フロントブラケット１０とハウジング３０との連結部（図２のボルト５２）、リアブラケット４０とハウジング３０との連結部（図２のボルト５４）、及び、ストッパ３５に分散する。その結果、フロントブラケット１０とハウジング３０との連結部（図２のボルト５２）と、リアブラケット４０とハウジング３０との連結部（図２のボルト５４）に加わる負荷が軽減される。

先に述べたように、ハウジング３０はアルミニウムで作られている。フロントブラケット１０は、ボルト５２によりそのハウジング３０の上面３０ａに固定されている。フロントブラケット１０に加わる衝突荷重Ｗの一部は、ボルト５２を上後方に引き上げるように作用する。その力は、ボルト５２を固定するボルト孔をこじ開けるように作用する。フロントブラケット１０に加わる衝突荷重Ｗが過度に大きいと、フロントブラケット１０を固定するボルト５２が強引に引き抜かれ、フロントブラケット１０がハウジング３０から外れる虞がある。リアブラケット４０も同様である。ダイナミックダンパ６０とこれに当接するストッパ３５は、車両が前方衝突（斜め衝突）したときにフロントブラケット１０とハウジング３０の連結部の加わる負荷、及び、リアブラケット４０とハウジング３０の連結部に加わる負荷を緩和する。

図４を参照してダイナミックダンパ６０の一例を説明する。ダイナミックダンパ６０の外観は、ＰＣＵ２０の下面２０ｂに固定されるベース６２と、ベース６２に対して直角に接合しているフレーム６１で構成される。ベース６２には、下面２０ｂに固定するボルトを通すボルト孔６５が設けられている。ベース６２は、２本のボルトでＰＣＵ２０の下面２０ｂにしっかりと固定される。フレーム６１の中央に錘６３が支持されている。フレーム６１の四方の内面から弾性部材６４が延びており、錘６３はその四方を４本の弾性部材６４で支持されている。フレーム６１が振動すると、錘６３も振動し、４本の弾性部材６４が振動する。弾性部材６４の振動は時間とともに減衰する。すなわち、フレーム６１に加わる振動は、フレーム６１と錘６３をつなぐ４本の弾性部材６４の減衰特性により減衰する。ベース６２とフレーム６１は金属で作られており、たとえばアルミニウムや鉄などで作られている。錘６３は、比重の大きい金属で作られており、たとえば、鉄、あるいは、鉛で作られている。

錘６３の固有振動数（ダイナミックダンパ６０の共振周波数）は、錘６３の質量と弾性部材６４の材質で定めることができる。ダイナミックダンパ６０の共振周波数は、フロントブラケット１０とリアブラケット４０を介して伝わる振動の共振周波数の近くに設定される。そのような設定により、ＰＣＵ２０の振動を効果的に抑制することができる。

実施例のハイブリッド車１００の利点を述べる。なお、以下では、フロントブラケット１０とリアブラケット４０を合わせてフロント／リアブラケット１０、４０と表記する場合がある。ハイブリッド車１００は、ダイナミックダンパ６０とストッパ３５を備える。ダイナミックダンパ６０は、ＰＣＵ２０の下面２０ｂに固定されている。ストッパ３５は、ハウジング３０の上面３０ａであって、ＰＣＵ２０が後退したときにダイナミックダンパ６０と当接する位置に備えられている。ダイナミックダンパ６０は、フロント／リアブラケット１０、４０を通じてＰＣＵ２０に加わる振動を抑制する。また、前方衝突時（斜め衝突時）にＰＣＵ２０が後退した際、ダイナミックダンパ６０とストッパ３５が当接することで、フロント／リアブラケット１０、４０とハウジング３０の連結部に加わる負荷が低減される。

ダイナミックダンパ６０がＰＣＵ２０の振動抑制の一部を担うので、フロント／リアブラケット１０、４０、及び、防振ブッシュ１２、４２の性能を下げることができる。すなわち、フロント／リアブラケット１０、４０、防振ブッシュ１２、４２のコストを下げることができる。また、前方衝突時（斜め衝突時）にＰＣＵ２０が前方から受ける荷重（衝突荷重）の一部をストッパ３５が受け持つ。それゆえ、フロント／リアブラケット１０、４０の耐衝突性能を下げることができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例で説明したダイナミックダンパ６０は、錘６３が４本の弾性部材６４を介してフレーム６１に支持されている簡単な構造であった。ダイナミックダンパ６０の構造は、図４の構造に限られない。

実施例のハイブリッド車１００では、フロントブラケット（リアブラケット）は、ＰＣＵの前面（後面）に取り付けられていた。フロントブラケット（リアブラケット）は、ＰＣＵの底面や側面前部（側面後部）に取り付けられていてもよい。また、本明細書が開示する技術は、電気自動車と燃料電池車に適用することもできる。燃料電池車の場合、電力制御ユニットは、燃料電池の出力電力を変換してモータに供給し、モータを駆動するデバイスである。

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。

３：モータ
４：デファレンシャルギア
６：動力分配機構
１０：フロントブラケット
１２、４２：防振ブッシュ
２０：電力制御ユニット（ＰＣＵ）
２１：パワーケーブル
３０：ハウジング
３０ａ：上面
３５：ストッパ
４０：リアブラケット
５１、５２、５３、５４：ボルト
６０：ダイナミックダンパ
６１：フレーム
６２：ベース
６３：錘
６４：弾性部材
９０：エンジンコンパートメント（前部空間）
９６：サイドメンバ
９８：エンジン
１００：ハイブリッド車

Claims (1)

1. 走行用のモータを駆動する電力制御ユニットを車両の前部空間に搭載した電動車両であり、
   前記電力制御ユニットは、その前後をフロントブラケットとリアブラケットで支持されつつ、前記モータを収容するハウジングの上方に隙間を有して固定されており、
   前記電力制御ユニットの下面にダイナミックダンパが取り付けられており、
   前記ハウジングの上面に、前方から前記電力制御ユニットに加わる荷重によって当該電力制御ユニットが後方へ移動したときに、前記ダイナミックダンパと当接するストッパが設けられている、
   ことを特徴とする電動車両。

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