JP2017087823A - 電力変換器の車載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フロントブラケットとリアブラケットを使った電力変換器の車載構造において、車両前方衝突の際にリアブラケットが受ける荷重を軽減する技術を提供する。
【解決手段】電力変換器の車載構造は、ＴＡハウジング３０と、フロント／リアブラケット１０、４０を含んでいる。フロント／リアブラケット１０、４０は、モータを収容しているＴＡハウジング３０との間に隙間を有して電力変換器をＴＡハウジング３０の上方に支持している。フロントブラケット１０は、下部がＴＡハウジング３０に固定されており、上部が電力変換器の筐体前部２０ａに連結されている。リアブラケット４０は、下部がＴＡハウジング３０に固定されており、上部が電力変換器の筐体後面２０ｂに連結されている。電力変換器の筐体後面２０ｂの下端よりも上方に、リアブラケット４０に向けて突出する突起２４が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、電源電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換器の車載構造に関する。

特許文献１に、車両の前部空間における電力変換器の車載構造の一例が開示されている。特許文献１に開示された車載構造では、フロントブラケットとリアブラケットが、モータハウジングと電力変換器との間に隙間を確保しつつ、電力変換器をモータハウジングの上方に支持している。フロントブラケットの上部が電力変換器の筐体前面に連結されており、下部はモータハウジングに固定されている。リアブラケットの上部が電力変換器の筐体後面に連結されており、下部はモータハウジングに固定されている。

特開２０１４−１１４８７０号公報

車両の前部空間に配置された電力変換器は、車両の前方衝突の際に前方から衝突荷重を受ける場合がある。上記の車載構造を採用した場合、衝突荷重は電力変換器の筐体を通じてフロントブラケットとリアブラケットが受けることになる。発明者の検討によると、リアブラケットが負担する荷重分が大きくなりやすいことが判明した（詳しくは後述する）。本明細書は、フロントブラケットとリアブラケットを使った電力変換器の車載構造において、車両前方衝突の際にリアブラケットが受ける荷重を軽減する技術を提供する。

電力変換器が前方から衝突荷重を受けるとフロントブラケットとリアブラケットが変形し、電力変換器が後方に移動する。フロントブラケットとリアブラケットが変形しつつ電力変換器が後方に移動していくと、電力変換器の筐体後面に連結されているリアブラケットは、筐体後面の下端と接触し、リアブラケットはその接触点を介して衝突荷重の一部を受ける。詳しくは後述するが、リアブラケットが比較的に低い位置で衝突荷重を受けることがリアブラケットの荷重負担分が大きくなる一因である。本明細書が開示する技術は、リアブラケットが荷重を受ける箇所を高くしてリアブラケットが受ける荷重を軽減する。

本明細書が開示する車載構造は、電源電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換器と、モータハウジングと、フロントブラケットと、リアブラケットで構成される。モータハウジングは、車両の前部空間に配置されており、走行用モータを収容している。フロントブラケットとリアブラケットは、モータハウジングとの間に隙間を有して電力変換器をモータハウジングの上方に支持している。フロントブラケットは、その下部がモータハウジングに固定されており、上部が電力変換器の筐体前部に連結されている。リアブラケットは、その下部がモータハウジングに固定されており、上部が電力変換器の筐体後面に連結されている。そして、電力変換器の筐体後面の下端よりも上方に、リアブラケットに向けて突出する突起が設けられている。突起は、前方からの荷重によって電力変換器が後退しつつリアブラケットが変形するときに筐体後面下端よりも先にリアブラケットに当接するようにその位置と大きさが定められている。突起によってリアブラケットの荷重点が筐体後面下端よりも高くなり、衝突荷重のリアブラケット負担分が小さくなる。その理由、及び、本明細書が開示する技術の詳細は、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。 ＴＡハウジングと電力変換器の側面図である。 実施例の車載構造を説明する模式的平面図である。 実施例の車載構造を説明する模式的側面図である。 ブラケット変形時の模式的側面図である。 斜め後方からみたリアブラケット周辺の斜視図である。

図面を参照して実施例の車載構造を説明する。実施例の車載構造は、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に適用されている。まず、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（乗員室よりも前方）に位置する。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、電力変換器２０、トランスアクスルハウジング３０などが配置されている。エンジンコンパートメント９０には低電圧バッテリ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ではトランスアクスルハウジング３０やエンジン９８などは模式化して描かれている。トランスアクスルハウジング３０は、走行用のモータ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、トランスアクスルハウジング３０をＴＡハウジング３０と称する。

ＴＡハウジング３０に収容されている動力分配機構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。モータ３を収容しているので、ＴＡハウジング３０は、モータハウジングに相当する。ＴＡ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ＴＡ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ＴＡハウジング３０は、車両の構造強度を担保する２本のサイドメンバ９６の間に懸架されている。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。

電力変換器２０は、電源電力を走行用のモータ３の駆動電力に変換するデバイスである。より詳しくは、電力変換器２０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。電力変換器２０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、さらに降圧する機能を有する。降圧された電力によって高電圧バッテリが充電される。

電力変換器２０は、ＴＡハウジング３０の上面との間に隙間を有して支持されている。電力変換器２０は、その筐体前部がフロントブラケット１０によって支持されており、後部がリアブラケット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ＴＡハウジング３０と電力変換器２０の関係を詳しく説明する。図２は、ＴＡハウジング３０と電力変換器２０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。

電力変換器２０とＴＡ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、電力変換器２０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、ＴＡ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。ＴＡ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、ＴＡ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。ＴＡ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、ＴＡハウジング３０の上面３０ａは、前方が低く後方が高くなっている。それゆえ、上面３０ａの上方に支持される電力変換器２０は、前下がりに傾斜した姿勢で支持される。

電力変換器２０は、フロントブラケット１０とリアブラケット４０によりＴＡ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、電力変換器２０の筐体前部を支持しており、リアブラケット４０は電力変換器２０の筐体後部を支持する。電力変換器２０の筐体下面２０ｃとＴＡハウジング３０の上面３０ａとの間には、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、ＴＡハウジング３０に固定されている基部１１と、基部１１から上方へ延びており、電力変換器２０の筐体前面２０ａに連結される支持部１２で構成されている。なお、基部１１と支持部１２は、一枚の金属板で作られているが、説明の便宜上、基部１１と支持部１２に分ける。基部１１は、ボルト５２によってＴＡハウジング３０の上面３０ａに固定されている。支持部１２は、ボルト５１によって筐体前面２０ａに連結されている。フロントブラケット１０の支持部１２と電力変換器２０との間には防振ブッシュ１３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ＴＡハウジング３０に固定されており、車幅方向に並んだ２個の別のボルト（図２のボルト５１）によって電力変換器２０に連結されている。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は、ＴＡハウジング３０に固定されている基部４１と、基部４１から上方へ延びており、電力変換器２０の筐体後面２０ｂに連結される支持部４２で構成されている。フロントブラケット１０と同様に、リアブラケット４０も一枚の金属板で作られているが、説明の便宜上、基部４１と支持部４２に分ける。基部４１は、ボルト５４によってＴＡハウジング３０の上面３０ａに固定されている。支持部４２は、ボルト５３によって筐体後面２０ｂに連結されている。リアブラケット４０の支持部４２と電力変換器２０との間には防振ブッシュ４３が挟まれている。詳しくは後述するが、リアブラケット４０は、車幅方向に並んだ４個のボルト（図２のボルト５４）によってＴＡハウジング３０に固定されており、車幅方向に並んだ２個の別のボルト（図２のボルト５３）によって電力変換器２０に連結されている。リアブラケット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４０の詳細な形状は後に図６を参照しつつ説明する。

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ＴＡ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ＴＡハウジング３０が激しく振動する。ＴＡハウジング３０の振動から電力変換器２０を保護するため、電力変換器２０は、ＴＡハウジング３０の上方に隙間ＳＰを有して支持されている。また、電力変換器２０とフロントブラケット１０（リアブラケット４０）の間に挟まれている防振ブッシュ１３（防振ブッシュ４３）も、電力変換器２０が受ける振動の低減に貢献する。

ハイブリッド車１００が前方衝突すると、電力変換器２０は、その前方から障害物が衝突する場合がある。障害物が前方からぶつかることによって電力変換器２０が受ける荷重を衝突荷重と称する。図２の矢印Ｗが衝突荷重を模式的に表している。電力変換器２０が衝突荷重Ｗを受けた場合、その荷重はフロントブラケット１０とリアブラケット４０が分担して支える。フロントブラケット１０は、ボルト５１による締結箇所を通じて衝突荷重Ｗの一部を受ける。リアブラケット４０は、ボルト５３による締結箇所を通じて衝突荷重Ｗの残りを受ける。衝突荷重Ｗが大きいと、フロントブラケット１０の支持部１２、及び、リアブラケット４０の支持部４２は、基部との連結箇所を中心に後方へ回転する。図２から理解されるように、電力変換器２０が後退するとともにリアブラケット４０の支持部４２が後方へ倒れると、電力変換器２０の筐体後面２０ｂの下端がリアブラケット４０と当接する可能性がある。その場合、リアブラケット４０への荷重点は、ボルト５３による締結箇所から筐体後面２０ｂの下端に移る。一方、電力変換器２０が後退しても、フロントブラケット１０への荷重点は、ボルト５１による締結箇所である。フロントブラケット１０への荷重点に比べてリアブラケットへの荷重点の位置が低くなると、リアブラケット４０が受け持つ荷重負担が増える。実施例の車載構造では、リアブラケット４０への荷重点が筐体後面２０ｂの下端とならないように、筐体後面２０ｂの下端よりも上方に、リアブラケットに向けて突出する突起が設けられている。図２において突起は防振ブッシュ４３に隠れて見えない。

図３−図５を参照して、筐体後面２０ｂに設けられた突起について説明する。図３は、実施例の車載構造２を説明するために電力変換器２０やブラケット１０、４０を模式的に描いた平面図である。図４は、電力変換器２０やブラケット１０、４０を模式的に描いた側面図である。図５は、衝突荷重Ｗを受けてフロント／リアブラケットの支持部１２、４２が後方に傾斜した様子を描いた模式図側面図である。図中の座標系は、ＸＹ平面を電力変換器２０の底面と平行にした座標系である。なお、電力変換器２０は前下がりに傾斜してＴＡハウジング３０の上に支持されているので、Ｘ軸は水平方向を指していないことに留意されたい。ただし、電力変換器２０の傾斜はわずかであるので、Ｘ軸の正方向を車両前方とし、Ｚ軸の正方向を上方とする。図５には衝突荷重Ｗが示されているが、説明を簡単にするために、衝突荷重ＷはＸ軸に沿って電力変換器２０に加えられるとする。また、支持部１２、４２は、ＴＡハウジング３０の上面３０ａに対して垂直に延びていると仮定する。

まず、リアブラケット４０について捕捉する。先に述べたように、リアブラケット４０は、車幅方向（図中のＹ方向）の２か所で電力変換器２０の筐体後面２０ｂに連結されており、連結箇所において、筐体後面２０ｂとリアブラケット４０の間には防振ブッシュ４３が挟まれている。筐体後面２０ｂに、２個の突起２４が筐体後面２０ｂ設けられている。２個の突起２４は、一対の防振ブッシュ４３の内側に配置されている。夫々の突起２４は、それぞれの防振ブッシュ４３のすぐ内側に配置されている。一対の突起２４はいずれも、リアブラケット４０の支持部４２に向かって延びている。別言すれば、突起２４は、その先端面が、リアブラケット４０の支持部４２に対向している。一対の突起２４は、前方からの衝突荷重Ｗによって電力変換器２０が後退しつつリアブラケット４０の支持部４２が後方へ回転したときに、筐体後面２０ｂの下端２０ｄよりも先にリアブラケット４０に当接するように、その大きさと位置が定められている。図５には、筐体後面２０ｂの下端２０ｄとリアブラケット４０の支持部４２との間に隙間が残されているが、突起２４の先端が支持部４２に当接している状態が示されている。

図５を参照しつつ、衝突荷重Ｗが両ブラケットにどのように分担されるのかを説明する。衝突荷重Ｗのうち、フロントブラケット１０に加わる荷重分を分担荷重Ｗａとし、リアブラケット４０に加わる荷重分を分担荷重Ｗｂとする。即ち、以下の（数１）が成立する。

フロントブラケット１０には、ボルト５１を通じて分担荷重Ｗａが作用する。分担荷重Ｗａにより、フロントブラケット１０の支持部１２と基部１１との連結箇所にモーメントＭａが作用する。リアブラケット４０には、突起２４を通じて分担荷重Ｗｂが作用する。分担荷重Ｗｂにより、リアブラケット４０の支持部４２と基部４１との連結箇所にモーメントＭｂが作用する。基部１１の表面から分担荷重Ｗａの作用点（ボルト５１の位置）までの距離を符号Ｈａで表す。また、基部４１の表面から分担荷重Ｗｂの作用点（突起２４の位置）までの距離を符号Ｈｂで表す。そうすると、支持部１２と基部１１との連結箇所に作用するモーメントＭａ、及び、支持部４２と基部４１との連結箇所に作用するモーメントＭｂは、次の（数２）で表される。

図３―５では、説明を簡単にするために、傾斜前の支持部１２、４２は、ＴＡハウジング３０の上面３０ａに対して垂直に延びていると仮定する。衝突荷重Ｗによりフロントブラケット１０の支持部１２は角度Ｔａだけ後方に傾斜し、リアブラケット４０の支持部４２は角度Ｔｂだけ後方に傾斜する。フロントブラケット１０の支持部１２と基部１１との連結箇所に作用するモーメントＭａにより、支持部１２の傾斜角度Ｔａが生じ、モーメントＭｂにより支持部４２の傾斜角度Ｔｂが生じる。支持部１２と基部１１の連結箇所の曲げ剛性をＫａで表し、支持部４２と基部４１の連結箇所の曲げ剛性をＫｂで表すと、モーメントＭａ、Ｍｂと傾斜角度Ｔａ、Ｔｂと曲げ剛性Ｋａ、Ｋｂは、次の（数３）の関係を満たす。

防振ブッシュ１３、４３が介在するので厳密に一致はしないが、支持部１２の傾斜角度Ｔａと支持部４２の傾斜角度Ｔｂは概ね一致する。すなわち、次の（数４）が成立する。

（数２）から（数４）を用いると、分担荷重Ｗａと分担荷重Ｗｂの比は、次の（数５）で表される。

分担荷重Ｗａと分担荷重Ｗｂは、合計の大きさが衝突荷重Ｗであり、その比が（数５）で与えられる。（数５）より、基部４１の表面から部分荷重Ｆｂの作用点までの距離Ｈｂが小さくなるほど、リアブラケット４０の分担荷重Ｗｂが大きくなることがわかる。

先に述べたように、突起２４が無い場合、電力変換器２０が後退すると、筐体後面２０ｂの下端２０ｄが支持部４２と当接し、そこが荷重点となる。図５より、突起２４が、支持部４２への荷重点の位置を、筐体後面２０ｂの下端２０ｄよりも高くする。このように、突起２４が、衝突荷重Ｗのうち、リアブラケット４０が負担する荷重分（分担荷重Ｗｂ）の増大を抑制する。

なお、（数５）は、支持部１２の傾斜角度Ｔａと支持部４２の傾斜角度Ｔｂが一致することを仮定した（数４）。しかし、Ｔａ＝Ｔｂが成立せずとも、定性的に、基部４１の表面から部分荷重Ｆｂの作用点までの距離Ｈｂが小さくなるほど、リアブラケット４０の分担荷重Ｗｂが大きくなる。これは、距離Ｈｂ、即ち、リアブラケットに加わるモーメントの腕が小さいほど、リアブラケット４０の支持部４２を後方へ曲げるのに大きな分担荷重Ｗｂが必要となるからである。

（数５）より、突起２４の位置は高い方が、分担荷重Ｗｂの抑制に大きく貢献する。しかし、図３、図４に示すように、実施例の車載構造では、突起２４は、側面視したときにボルト５３と同じ位置に配置されている。別言すると、突起２４は、支持部４２と基部４１の連結点からボルト５１までの高さと同じ高さとなるように配置されている。このことは、突起２４がリアブラケット４０に当接する前と後で、基部４１の表面からリアブラケット４０への荷重点までの高さが変わらないことを意味する。荷重点までの高さは、リアブラケットに加わるモーメントの腕の長さに相当する。突起２４がリアブラケット４０に当接する前と当接後で、リアブラケットに加わるモーメントの腕の長さが変化しないので、フロントブラケットとリアブラケットの荷重負担割合が変化しない。突起２４のリアブラケット４０との当接前後で荷重負担割合がステップ状に変化するのは好ましくない。実施例の車載構造は、衝突荷重Ｗを受けた電力変換器２０が後退している途中でフロントブラケット１０とリアブラケット４０の荷重分担比率を変えないという利点も提供する。

図６を参照してリアブラケット４０の構造を補足する。図６は、斜め後方からみたリアブラケット４０の周辺の斜視図である。リアブラケット４０は、一枚の金属板で作られており、「基部４１」と「支持部４２」との名称は説明の便宜上のものである。基部４１は４本のボルト５４でＴＡハウジング３０の上面３０ａに固定されている。また、支持部４２は、２本に分かれており（支持部４２ａ、支持部４２ｂ）、夫々がボルト５３で筐体後面２０ｂに連結されている。防振ブッシュ４３のすぐ内側で、それぞれの支持部４２ａ、４２ｂに対向するように、一対の突起２４が筐体後面２０ｂに設けられている。支持部４２の両側から基部４１の周縁にわたってリブ４５が設けられている。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例で説明したように、突起２４は筐体後面２０ｂのより高い箇所に設ける方が、リアブラケット４０の分担荷重の増大を抑えられる。ただし、実施例で説明したように、突起２４は、側面視したときにリアブラケット４０と筐体後面２０ｂとの締結箇所（ボルト５３の位置）までの高さと同じ高さとなるように設けることも好適である。別言すれば、突起２４は、側面視したときにリアブラケット４０と筐体後面２０ｂとの締結箇所（ボルト５３）と重なるように配置することも好適である。

実施例の車載構造においては、筐体後面２０ｂに設けた突起２４にリアブラケット４０が当接する必要があるため、リアブラケット４０は電力変換器２０の筐体後面２０ｂに連結されている。フロントブラケット１０には制約がないので、フロントブラケット１０は、筐体前面２０ａではなく、筐体下面の前部、あるいは筐体側面の前部に連結されていてもよい。

実施例のＴＡハウジングが請求項の「モータハウジング」の一例に相当する。

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：車載構造
３：モータ
６：動力分配機構
１０：フロントブラケット
１１、４１：基部
１２、４２：支持部
１３、４３：防振ブッシュ
２０：電力変換器
２０ａ：筐体前面
２０ｂ：筐体後面
２０ｃ：筐体下面
２０ｄ：下端
２１：パワーケーブル
２４：突起
３０：トランスアクスルハウジング（ＴＡハウジング）
４０：リアブラケット
５１、５２、５３、５４：ボルト
９０：エンジンコンパートメント
９８：エンジン
１００：ハイブリッド車

Claims (1)

1. 電源電力を走行用モータの駆動電力に変換する電力変換器の車載構造であり、
   車両の前部空間に配置されており、前記走行用モータを収容しているモータハウジングと、
   前記モータハウジングとの間に隙間を有して前記電力変換器を前記モータハウジングの上方に支持しているフロントブラケット及びリアブラケットと、
   を備えており、
   前記フロントブラケットは、下部が前記モータハウジングに固定されており、上部が前記電力変換器の筐体前部に連結されており、
   前記リアブラケットは、下部が前記モータハウジングに固定されており、上部が前記電力変換器の筐体後面に連結されており、
   前記電力変換器の前記筐体後面の下端よりも上方に、前記リアブラケットに向けて突出する突起が設けられていることを特徴とする車載構造。

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