JP2019038445A - 電気機器の搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】消弧剤入りのヒューズが備えられているコネクタが電気機器に接続されている場合に、衝突の際、ヒューズが損傷して消弧剤が飛散する前にヒューズが溶断するように、電気機器のレイアウトを工夫する。
【解決手段】搭載構造２では、自動車のフロントコンパートメント９０に電力制御ユニット１０とエアコンコンプレッサ５０とラジエータファン９７が搭載されている。エアコンケーブル２６の電力制御ユニット側のコネクタ（エアコンコネクタ１６）には消弧剤入りヒューズ４０が備えられている。電力制御ユニット１０はエアコンコンプレッサ５０よりも後方に配置されている。ラジエータファン９７はエアコンコンプレッサ５０の前方に配置されている。ラジエータファン９７の後面９７ａには、コンプレッサコネクタ５１に向けて突出する突起９７ｂが設けられている。
【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、自動車のフロントコンパートメントにおける電気機器の搭載構造に関する。

近年の自動車は電子化が進み、車両のフロントコンパートメントに様々な電気機器が搭載されるようになってきている。特に、電気自動車は、直流電源の電力を走行用のモータを駆動する交流電源に変換する電力変換器なども加わり、多くの電気機器が狭いフロントコンパートメントに搭載されている。電気機器、特に高電圧を扱う電気機器は、消弧剤が入ったヒューズを備えていることがある（例えば特許文献１）。消弧剤は、過電流でヒューズが切れる際にアーク放電が発生することを防止する。特許文献１に開示されている技術では、消弧剤入りのヒューズを備えているヒューズボックスが、電気機器の筐体の外側に取り付けられている。

特開２０１６−６６５６９号公報

自動車のフロントコンパートメントには、多くの機器が配置されており、自動車が衝突すると、衝突の衝撃で機器が移動し、機器同士が干渉するときがある。特許文献１に開示された技術のように、消弧剤入りのヒューズを収容するヒューズボックスが機器の筐体内部ではなく、機器の筐体の外側に取り付けられている場合、車両衝突時にヒューズボックスが他の機器と干渉する可能性がある。他の機器との干渉によりヒューズの容器から消弧剤が飛散すると、アーク放電が発生するおそれがある。本明細書が開示する技術は、消弧剤入りのヒューズが備えられているコネクタが電気機器に接続されている場合に、衝突の際、他の機器との干渉によりヒューズが損傷して消弧剤が飛散する前にヒューズが溶断するように、電気機器のレイアウトを工夫する技術を提供する。

本明細書が開示する搭載構造では、自動車のフロントコンパートメントに第１電気機器と第２電気機器と他の機器が搭載されている。第１電気機器と第２電気機器がケーブルで接続されているとともに、ケーブルの第１電気機器側のコネクタ（以下、第１コネクタという）には消弧剤入りヒューズが備えられている。第１電気機器は第２電気機器よりも後方に配置されている。他の機器は第２電気機器の前方に配置されている。他の機器の後面であって第２電気機器又は第２電気機器に接続されているケーブルのコネクタ（以下、第２コネクタという）の前方に、後方に向けて突出する突起が設けられている。

上記の搭載構造では、車両が前方衝突した際、第１電気機器よりも前方に位置する第２電気機器と、その前方の他の機器が先に干渉する。他の機器の後面には、後方に向けて突出する突起が設けられており、その突起が第２電気機器あるいは第２コネクタと干渉する。その結果、第２電気機器あるいは第２コネクタ内で短絡が生じ、ケーブルの一方の端に取り付けられている第１コネクタ内のヒューズが溶断する。消弧剤入りのヒューズを備えた第１コネクタは第１電気機器に接続されており、その第１電気機器は第２電気機器よりも後方に位置している。それゆえ、第２電気機器あるいは第２コネクタが他の機器と干渉する際には第１コネクタはまだ無事であり、消弧剤が飛散することがない。上記の搭載構造は、消弧剤入りのヒューズを備えた第１コネクタがダメージを受ける前に、第２コネクタの側で短絡を生じさせ、消弧剤が飛散する前にヒューズを溶断させる。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。

ハイブリッド車のフロントコンパートメント内のデバイスレイアウトを示す斜視図である。 ハイブリッド車の電力制御ユニットとその周辺機器のブロック図である。 電力制御ユニットとブレーキアクチュエータとエアコンコンプレッサとラジエータファンの位置関係を示す平面図である。 図３のIV−IV線に沿った断面図である。

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、走行用にエンジンとモータを備えているハイブリッド車に適用されている。図１は、ハイブリッド車１００のフロントコンパートメント９０の中のデバイスレイアウトを示す斜視図である。なお、図中の座標系は、Ｆ軸の正方向が車両前方を示しており、Ｖ軸の正方向が車両上方を示している。Ｈ軸の正方向は車両の左側方を示している。なお、図１では、フロントコンパートメント９０に搭載されているデバイスを模式化して描いてある。

フロントコンパートメント９０には、エンジン９５、トランスアクスル３０、電力制御ユニット１０、補機バッテリ５、ブレーキアクチュエータ９１、ラジエータ９６、エアコンコンプレッサ５０などが収容されている。エアコンコンプレッサ５０は、ラジエータ９６の後ろ側の下方に配置されており、図１では隠れ線で描いてある。図では、実施例の搭載構造の説明に必要な部品のみを描いてある。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収容されているが、それらの図示と説明は省略する。

ハイブリッド車１００は、走行用に、２個のモータ７ａ、７ｂとエンジン９５を備えている。２個のモータ７ａ、７ｂは、トランスアクスル３０の筐体に収容されている。トランスアクスル３０には、走行用の２個のモータ７ａ、７ｂのほか、動力分配機構とデファレンシャルギアが収容されている。トランスアクスル３０とエンジン９５は連結されており、動力分配機構は、エンジン９５の出力トルクとモータ７ａ、７ｂの出力トルクを合成／分配するギアセットである。動力分配機構は、高トルクが要求されたときには、エンジン９５の出力トルクとモータ７ａ、７ｂの出力トルクを合成してデファレンシャルギアへ伝達する。また、動力分配機構は、状況に応じて、エンジン９５の出力トルクを分割してデファレンシャルギアと一方のモータ７ａへ伝達する。その場合、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７ａで発電する。他方のモータ７ｂは、エンジン９５を始動するセルモータとしても機能する。

エンジン９５とトランスアクスル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９５とトランスアクスル３０は、車両の構造強度を担保する２本のサイドメンバ９２に懸架されている。なお、図１では、一方のサイドメンバは見えていない。

トランスアクスル３０の上面に、電力制御ユニット１０が固定されている。電力制御ユニット１０は、不図示のメインバッテリの直流電力を昇圧するとともに、昇圧した直流電力をモータ駆動に適した交流電力に変換するデバイスである。

図２に、電力制御ユニット１０の内部と電力制御ユニット１０に接続されている周辺機器のブロック図を示す。電力制御ユニット１０は、その内部に、コンバータ回路１２、２個のインバータ回路１３ａ、１３ｂ、及び、コンバータ回路１２とインバータ回路１３ａ、１３ｂを制御する制御基板１４を備えている。

電力制御ユニット１０は、ＤＣパワーケーブル２５を介してメインバッテリ３と接続されている。符号１５は、ＤＣパワーケーブル２５の先端に取り付けられているコネクタ（ＤＣパワーコネクタ）を示している。メインバッテリ３の出力は１００ボルト以上であり、メインバッテリ３の電力でモータ７ａ、７ｂが駆動される。メインバッテリ３の出力電力は、コンバータ回路１２に入力される。コンバータ回路１２は、メインバッテリ３の出力電圧を昇圧してインバータ回路１３ａ、１３ｂに供給する。インバータ回路１３ａ、１３ｂは、昇圧された直流電力を、モータの駆動に適した交流電力に変換する。インバータ回路１３ａ、１３ｂの出力は、それぞれ、モータコネクタ１７とモータパワーケーブル２７を介してモータ７ａ、７ｂに供給される。

コンバータ回路１２とインバータ回路１３ａ、１３ｂは、制御基板１４に実装された制御回路によって制御される。制御基板１４の制御回路は、補機バッテリ５から電力供給を受けて動作する。制御基板１４の制御回路は、外部の上位制御器６からの指令に基づいて動作する。補機バッテリ５と上位制御器６は、通信ケーブルと通信コネクタ１８を介して電力制御ユニット１０の制御基板１４と接続されている。

なお、補機バッテリ５は、電力制御ユニット１０の中の制御基板１４のほか、１２ボルトで動作する他の機器にも電力を供給する。ハイブリッド車１００に搭載されている機器の中で、１２ボルトで動作する機器は、補機と総称される。補機バッテリ５は、フロントコンパートメント９０に搭載されている（図１参照）。

電力制御ユニット１０の筐体は、メインバッテリ３とエアコンコンプレッサ５０の間の電力中継器を兼ねている。エアコンケーブル２６とエアコンコネクタ１６とコンプレッサコネクタ５１を介して、電力制御ユニット１０からエアコンコンプレッサ５０にメインバッテリ３の電力が供給される。なお、エアコンコネクタ１６は、エアコンケーブル２６の一端に設けられており、電力制御ユニット１０に接続する。コンプレッサコネクタ５１は、エアコンケーブル２６の他端に設けられており、エアコンコンプレッサ５０に接続する。エアコンコネクタ１６の内部には、ヒューズ４０が備えられている。ヒューズ４０は、その容器内に消弧剤４１が封止されている。メインバッテリ３とエアコンコンプレッサ５０の間の電力伝送経路には、１００ボルト以上の電圧が印加されるため、短絡が生じてヒューズ４０が溶断する際にアーク放電が生ずるおそれがある。消弧剤４１は、ヒューズ４０が溶断する際にアーク放電の発生を防止する。

図１に戻ってフロントコンパートメント９０におけるデバイスレイアウトの説明を続ける。電力制御ユニット１０は、トランスアクスル３０の上方に、フロントブラケット９３とリアブラケット９４を介して支持されている。電力制御ユニット１０の後面には、２個のコネクタ（ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６）が接続されている。電力制御ユニット１０の後方には、ブレーキアクチュエータ９１が配置されている。

電力制御ユニット１０よりも前方であって、ラジエータ９６の後ろにエアコンコンプレッサ５０が配置されている。エアコンコンプレッサ５０は、ラジエータ９６の後ろ側の低い位置に配置されており、図１では隠れ線（破線）で描いてある。先に述べたように、電力制御ユニット１０とエアコンコンプレッサ５０は、エアコンケーブル２６で接続されている。図１では図示を省略しているが、ラジエータ９６の後面であってエアコンコンプレッサ５０の前方にはラジエータファンが配置されている。ラジエータファンについては後述する。

図３に、フロントコンパートメント９０の平面図を示す。図４に、図３のIV−IV線に沿った断面図を示す。図３と図４は、電力制御ユニット１０と、ブレーキアクチュエータ９１と、エアコンコンプレッサ５０と、ラジエータファン９７（ラジエータ９６）の位置関係を説明するための図であり、その他の機器の図示は省略してある。図３、図４でも、座標系のＦ軸正方向は車両前方を表し、Ｖ軸正方向は上方を表す。Ｈ軸の正方向は車両の左側方を指している。

図３と図４を参照しつつ、実施例の搭載構造２の特徴を説明する。実施例の搭載構造２は、衝突時の機器の移動によってヒューズ４０がブレーキアクチュエータ９１と衝突して消弧剤が飛散する前にヒューズ４０が溶断するように機器の配置を工夫する技術である。この搭載構造２には、電力制御ユニット１０と、エアコンコネクタ１６と、エアコンコンプレッサ５０と、コンプレッサコネクタ５１と、ブレーキアクチュエータ９１と、ラジエータファン９７が主に関係する。

電力制御ユニット１０は、エアコンコンプレッサ５０よりも車両後方に配置されている。電力制御ユニット１０の後面にエアコンコネクタ１６が接続されている。そのエアコンコネクタ１６に消弧剤入りのヒューズ４０が内蔵されている。電力制御ユニット１０の後方にはブレーキアクチュエータ９１が配置されている。車両が前方衝突した際、前方からの衝突荷重によって電力制御ユニット１０は後方に移動する場合がある。電力制御ユニット１０が後方に移動すると、エアコンコネクタ１６がブレーキアクチュエータ９１と干渉し、エアコンコネクタ１６が破損する可能性がある。エアコンコネクタ１６が破損すると、内部のヒューズ４０もダメージを受け、ヒューズ４０の容器が破損して内部の消弧剤が飛散する場合がある。消弧剤が飛散した後にヒューズ４０が溶断すると、アーク放電が発生するおそれがある。

実施例の搭載構造２では、電力制御ユニット１０の前方にエアコンコンプレッサ５０が配置されており、エアコンコンプレッサ５０には、エアコンケーブル２６の一端のコンプレッサコネクタ５１が接続されている。他方、コンプレッサコネクタ５１の前方にラジエータファン９７が配置されている。ラジエータファン９７の後面９７ａであって、コンプレッサコネクタ５１の前方に、突起９７ｂが設けられている。突起９７ｂはコンプレッサコネクタ５１に向かって後方へ延びている。

車両が前面衝突すると、前方から後方へ向かう衝突荷重によって、まずラジエータ９６が後方へ移動を開始する。ラジエータ９６とともにラジエータファン９７も後方へ移動し、その突起９７ｂがコンプレッサコネクタ５１と衝突する。衝突の衝撃でコンプレッサコネクタ５１が破損し、その内部で導線の短絡が生じる。コンプレッサコネクタ５１の内部で短絡が生じると、エアコンケーブル２６の他端に接続されているエアコンコネクタ１６の内部のヒューズ４０が溶断する。ラジエータファン９７とエアコンコンプレッサ５０は電力制御ユニット１０とブレーキアクチュエータ９１よりも車両の前方に位置しているので、衝突荷重によるラジエータファン９７とコンプレッサコネクタ５１の干渉は、電力制御ユニット１０とブレーキアクチュエータ９１の干渉よりも早いタイミングで生じる。それゆえ、エアコンコネクタ１６がダメージを受ける前に、即ち、ヒューズ４０の消弧剤が飛散する可能性の小さいうちに、ヒューズ４０を溶断させることができる。

なお、コンプレッサコネクタ５１と突起９７ｂの間の距離Ｄ１は、エアコンコネクタ１６とブレーキアクチュエータ９１の間の距離Ｄ２よりも短いことが好ましい。距離Ｄ１が距離Ｄ２よりも長くとも、衝突時、車両前方に位置する突起９７ｂ（ラジエータファン９７）とコンプレッサコネクタ５１の干渉はエアコンコネクタ１６の干渉よりも先に生じるが、コンプレッサコネクタ５１の内部での短絡をより早くより確実に起こさせるためには、距離Ｄ１は距離Ｄ２よりも短いことが望ましい。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。ラジエータファン９７の後面９７ａに設けられた突起９７ｂは、コンプレッサコネクタ５１の前方ではなく、エアコンコンプレッサ５０の前方に位置していてもよい。車両の衝突時、ラジエータファン９７が後方に移動し、突起９７ｂがエアコンコンプレッサ５０と干渉し、エアコンコンプレッサ５０の内部で短絡を生じさせても、ヒューズ４０を溶断できる。

突起９７ｂは、車両衝突時にコンプレッサコネクタ５１と干渉するように、わざわざ新設して設けてもよいが、既存の部品を突起９７ｂとして活用してもよい。例えば、コンプレッサコネクタ５１の前方に位置しているラジエータファン９７そのものを、突起９７ｂとして活用することも好適である。

エアコンコンプレッサ５０又はコンプレッサコネクタ５１と干渉して短絡を生じさせる部品はラジエータファン９７に限られない。エアコンコンプレッサ５０又はコンプレッサコネクタ５１を、ラジエータファン９７の後方ではなく、ラジエータタンクの後方に配置し、ラジエータタンクの後面に突起を設けてもよい。エアコンコンプレッサ５０又はコンプレッサコネクタ５１と干渉させる突起は、既存の部品の既存の部位であってよい。

電力制御衝突時に、消弧剤入りのヒューズ４０を内蔵したエアコンコネクタ１６と干渉するおそれのある部品はブレーキアクチュエータ９１に限られない。

電力制御ユニット１０が第１電気機器の一例に相当し、エアコンコンプレッサ５０が第２電気機器の一例に相当する。ラジエータファン９７が他の機器の一例に相当する。第１電気機器は電力制御ユニット１０に限られるものではなく、第２電気機器はエアコンコンプレッサに限られるものでもない。

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：搭載構造
３：メインバッテリ
５：補機バッテリ
６：上位制御器
７ａ、７ｂ：モータ
１０：電力制御ユニット
１２：コンバータ回路
１３ａ、１３ｂ：インバータ回路
１４：制御基板
１５：ＤＣパワーコネクタ
１６：エアコンコネクタ
１７：モータコネクタ
１８：通信コネクタ
２５：ＤＣパワーケーブル
２６：エアコンケーブル
２７：モータパワーケーブル
３０：トランスアクスル
４０：ヒューズ
４１：消弧剤
５０：エアコンコンプレッサ
５１：コンプレッサコネクタ
９０：フロントコンパートメント
９１：ブレーキアクチュエータ
９２：サイドメンバ
９３：フロントブラケット
９４：リアブラケット
９５：エンジン
９６：ラジエータ
９７：ラジエータファン
９７ａ：後面
９７ｂ：突起
１００：ハイブリッド車

Claims (1)

1. 自動車のフロントコンパートメントにおける電気機器の搭載構造であり、
   前記フロントコンパートメントに第１電気機器と第２電気機器と他の機器が搭載されており、
   前記第１電気機器と前記第２電気機器がケーブルで接続されているとともに、前記ケーブルの前記第１電気機器側のコネクタには消弧剤入りヒューズが備えられており、
   前記第１電気機器は前記第２電気機器よりも後方に配置されており、
   前記他の機器は前記第２電気機器の前方に配置されており、
   前記他の機器の後面であって前記第２電気機器又は前記第２電気機器に接続されている前記ケーブルのコネクタの前方に、後方に向けて突出する突起が設けられている、搭載構造。

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