JP2019048608A - 電気機器の車載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】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車載構造を開示する。【解決手段】電力制御ユニット１０は、自動車のフロントコンパートメント９０にて、トランスアクスル３０の上に固定されている。電力制御ユニット１０のアッパーカバー１２は、四隅がボルト４３で筐体本体１１に固定されている。アッパーカバーの車両前後方向の後側であって車幅方向の車両中心寄りの隅が２本のボルト４３ａ、４３ｂで固定されている。アッパーカバーの後側の車両中央寄りの隅を２本のボルトで固定することで、車両が前方衝突してラジエータタンク９１が前方から接触した際、アッパーカバー１２が筐体本体から外れ難くなる。【選択図】図２

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への電気機器の車載構造に関する。

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。特許文献１には、フロントコンパートメントにて、電力変換器がトランスアクスルの上に固定されている自動車が開示されている。電力変換器などの電気機器は、一般に、その上蓋がボルトで筐体本体に固定される（例えば特許文献２）。

特開２０１６−６０２６３号公報 特開２０１４−１３８４４０号公報

電気機器がトランスアクスルの上方に固定されている場合、電気機器の前方にも別の機器が配置される。車両が前面衝突した場合、前方の別の部品が後退し、電気機器と接触する可能性がある。別の機器との接触により、電気機器の上蓋が外れて筐体内部の部品が露出してしまうおそれがある。なお、電気機器の筐体は、上ケースと下ケースに分割されている場合もある。そのような筐体も、車両が前面衝突した際に、上ケースが下ケースから外れてしまうおそれがある。そこで、以下では、上下方向で少なくとも２個の部分に分割されている筐体を有する電気機器を対象とする。

本明細書は、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車載構造を開示する。電気機器は、自動車のフロントコンパートメントにてトランスアクスルの上に固定されている。上記したように、電気機器の筐体は、上下方向で少なくとも２個の部分に分割されている。その２個の部分は、四隅がボルトで相互に固定されている。２個の部分の車両前後方向の後側であって車幅方向の車両中心寄りの隅が２本のボルトで相互に固定されている。２個の部分は、例えば、アッパーカバーとケース本体、上ケースと下ケース、あるいは、ケース本体とロアカバーなどである。

検討によると、電気機器の筐体の２個の部分を相互に固定しているボルトのうち、筐体の車幅方向の中心寄りのボルトに他のボルトよりも過大な負荷が加わることが判明した。そこで、本明細書が開示する車載構造では、２個の部分を相互に固定するのに、筐体の車両前後方向の後側であって車幅方向の車両中心寄りの隅を２本のボルトで相互に固定する。荷重の大きい箇所に２本のボルトを配置することで、衝突時の耐荷重性を高め、上側の部分が下側の部分から外れることを防止する。なお、車幅方向の車両中心寄りであって車両前後方向の前側の隅は、別の機器との衝突を直接に受ける箇所であるので、車両前後方向の前側の隅よりも後側の隅を２本のボルトで締結する方が望ましい。

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。 フロントコンパートメントの平面図である。 トランスアクスルの上に固定された電力制御ユニットの側面図である（第１実施例）。 電力制御ユニットを斜め後方からみた斜視図である（第１実施例）。 １本のボルトを用いたときと２本のボルトを用いたときのボルトに加わる荷重を比較したグラフである。 トランスアクスルの上に固定された電力制御ユニットの側面図である（第２実施例）。 電力制御ユニットを斜め後方からみた斜視図である（第２実施例）。

（第１実施例）図面を参照して第１実施例の車載構造を説明する。第１実施例の車載構造は、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。図２は、フロントコンパートメント９０の平面図である。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、図２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、ラジエータ９６、ラジエータタンク９１、補機バッテリ５等が収容されている。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収容されているが、それらの図示と説明は省略する。なお、電力制御ユニット１０のアッパーカバーはボルトで筐体本体に固定されているが、図１ではボルトの図示も省略した。

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を備えている。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。モータ７ａ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の前方にはラジエータ９６が位置している。

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。

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。なお、ラジエータ９６の後面にはラジエータタンク９１が配置されており、ラジエータタンク９１は、電力制御ユニット１０の前方に位置している。

図３に、トランスアクスル３０の上面３０ａに固定された電力制御ユニット１０の側面図を示す。トランスアクスル３０の上面３０ａは前下がりに傾斜しており、その上に固定される電力制御ユニット１０も前下がりの姿勢で固定される。図３のＸＹＺ座標系は、電力制御ユニット１０のための座標系であり、Ｘ軸は電力制御ユニット１０の筐体本体１１の底面に平行に延びており、Ｚ軸は筐体本体１１の後面に平行に延びており、Ｙ軸は車幅方向に沿って延びている。ＸＹＺ座標系は、後に説明する図４の斜視図において、電力制御ユニット１０の向きを理解し易くするために描いてある。

電力制御ユニット１０は、フロントブラケット９３とリアブラケット９４によって、トランスアクスル３０の上面３０ａとの間に隙間ＳＰを隔てて固定されている。これは、トランスアクスル３０から電力制御ユニット１０に伝わる振動を抑制するためである。なお、フロントブラケット９３と電力制御ユニット１０の筐体本体１１との間には不図示の防振ブッシュが挟まれている。リアブラケット９４と筐体本体１１との間にも不図示の防振ブッシュが挟まれている。筐体本体１１の左側面には、トランスアクスル３０の内部のモータ７ａ、７ｂに電力を送るパワーケーブル２７のコネクタ１７が接続されている。

図４に、電力制御ユニット１０を斜め後ろからみた斜視図を示す。図２と図４に示されているように、電力制御ユニット１０の筐体５０は、上下方向でアッパーカバー１２と筐体本体１１（及びロアカバー１３）に分割されている。電力制御ユニット１０のアッパーカバー１２と筐体本体１１は、８本のボルト４３で相互に固定されている。アッパーカバー１２は、四隅（４箇所）と、車幅方向の両側であって車両前後方向の中央（２箇所）と、車両前側の縁であって車幅方向の中央（１箇所）の合計７箇所がボルト４３で固定されている。ただし、四隅のうち、車両前後方向の後側であって車幅方向の中央寄りの隅は２本のボルト４３ａ、４３ｂで固定されている。なお、アッパーカバー１２の四隅のうち、車両前後方向の後側であって車幅方向の中央寄りの隅に車両後方側に延びるリブ１２ａが設けられている。リブ１２ａの下面に対向するように、筐体本体１１の車両前後方向の後側であって車幅方向の中央寄りの隅にボルト受け部１１ａが設けられている。アッパーカバー１２の特定の隅にリブ１２ａを設け、筐体本体１１のリブ１２ａに対向する位置にボルト受け部１１ａを設け、２本のボルト４３ａ、４３ｂの固定箇所を確保している。

図２と図３に示すように、電力制御ユニット１０の前方にはラジエータタンク９１が位置している。図２に示すように、ラジエータタンク９１は、電力制御ユニット１０の車幅方向中央寄りの前方に位置している。車両が前方衝突すると、ラジエータ９６とともにラジエータタンク９１が後退する。そうすると、電力制御ユニット１０の車幅方向の中央寄りの前部にラジエータタンク９１が衝突する。先に述べたように、電力制御ユニット１０は前下がりの姿勢でトランスアクスル３０の上に固定されている。それゆえ、ラジエータタンク９１は、筐体本体１１とアッパーカバー１２の前部つなぎ目に強く接触する。特に、図２を参照して説明したように、ラジエータタンク９１は電力制御ユニット１０の中央寄りの前方に衝突する。それゆえ、ラジエータタンク９１と接触した際には、筐体本体１１とアッパーカバー１２を固定しているボルト４３のうち、車幅方向の中央寄りに位置するボルトに高い負荷（せん断荷重）が加わる。第１実施例の車載構造では、高い負荷が加わる車幅方向の中央寄り、特に、アッパーカバー１２の四隅のうち、車両前後方向の後側で車幅方向の中央寄りの隅を２本のボルト４３ａ、４３ｂで固定することで、高い負荷に耐えられるようにする。

車両前後方向の前側で車幅方向の中央寄りの隅を２本のボルトで固定するよりも、後側の隅を２本のボルトで固定する方が望ましい。前側の隅を２本のボルトで固定する場合、上記したリブ１２ａとボルト受け部１１ａに対応する部位をアッパーカバー１２と筐体本体１１の前側に設けなければならない。その場合、前側に設けたリブとボルト受けが後退するラジエータタンクに直接に衝突する可能性がある。リブとボルト受けに直接にラジエータタンクが衝突すると、リブとボルト受けが破損するおそれがある。それゆえ、車両前後方向の後側で車幅方向の中央寄りの隅を２本のボルトで固定することが望ましい。

図５に、後側の中央寄りの隅を１本のボルトで固定した場合と２本のボルトで固定した場合のボルトに加わる荷重を比較したグラフを示す。なお、図４のボルト４３ａ、４３ｂ以外のボルトの条件は同じである。横軸は電力制御ユニットに加わる衝突荷重を示しており、縦軸は後側の中央寄りの隅に配置されたボルトに加わる荷重を示している。グラフＧａは、１本のボルトで固定した場合のそのボルトに加わる荷重を示しており、グラフＧｂ１とＧｂ２は、２本のボルトで固定した場合の夫々のボルトに加わる荷重を示している。グラフＧｃは、ボルトのせん断耐荷重を示している。後側の中央寄りの隅を１本のボルトで固定した場合、約７０［ｋＮ］の衝突荷重でボルトに加わる荷重がせん断耐荷重を超える。これに対して２本のボルトを使用した場合、８０［ｋＮ］の衝突荷重でも各ボルトに加わる荷重はせん断耐荷重をはるかに下回る。このように、後側の中央寄りの隅を２本のボルトで固定することで、ボルトに加わる荷重を顕著に小さくすることができる。

なお、アッパーカバー１２と筐体本体１１の間にはノックピンが挟まれている。筐体本体１１の開口の周囲にはノックピン用の孔（下ピン孔）が設けられており、アッパーカバー１２の下ピン孔に対向する位置にも孔（上ピン孔）が設けられている。ノックピンは、筐体本体１１の下ピン孔とアッパーカバー１２の上ピン孔の双方に嵌合し、ボルト４３とともに、筐体本体１１とアッパーカバー１２のせん断方向の荷重を支える。なお、ノックピンは、アッパーカバー１２を筐体本体１１に固定する際の位置決めにも利用される。

（第２実施例）図６、図７を参照して第２実施例の車載構造を説明する。図６は、トランスアクスル３０の上に固定された電力制御ユニット１０ａの側面図である。図７は、電力制御ユニット１０ａを斜め後方からみた斜視図である。電力制御ユニット１０ａは、第１実施例の場合と同様に、ハイブリッド車のフロントコンパートメントにてトランスアクスル３０の上に固定されている。電力制御ユニット１０ａの筐体５０ａは、上下方向で、アッパーカバー１２、上ケース５１、下ケース５２、ロアカバー１３に分割されている。上ケース５１と下ケース５２は上下方向で相互に固定される。上ケース５１の下ケース５２との結合箇所にはフランジ５１ａが設けられており、下ケース５２の上ケース５１との結合箇所にもフランジ５２ａが設けられている。上ケース５１と下ケース５２は、夫々のフランジ５１ａ、５２ａが対向するように組み合わされ、フランジ５１ａ、５２ａを貫通するボルト４３で相互に締結される。別言すると、上ケース５１と下ケース５２は、結合箇所（フランジ５１ａ、５２ａ）の四隅がボルト４３で相互に固定されている。そして、筐体５０ａの車両前後方向の後側であって車幅方向の車両中心寄りの隅（図中のＹ軸負側の隅）が２本のボルト４３ａ、４３ｂで固定されている。なお、２本のボルト４３ａ、４３ｂの箇所のみボルト受け部５２ｃが他の箇所のボルト受け部５２ｂよりも大きく、２本のボルト４３ａ、４３ｂを収容可能になっている。

第２実施例の車載構造でも、衝突時の荷重の大きい箇所（車両前後方向の後側であって車幅方向の車両中央寄りの締結箇所）に２本のボルト４３ａ、４３ｂを配置することで、衝突時の耐荷重性が高まる。従って、衝突時に上ケース５１と下ケース５２が分離してしまうことが回避できる。

なお、電力制御ユニット１０ａの上ケース５１と下ケース５２は、上部と下部に夫々開口を有しており、上ケース５１の上部の開口はアッパーカバー１２で閉じられ、下ケース５２の下部の開口はロアカバー１３で閉じられる。アッパーカバー１２はボルトで上ケース５１に締結され、ロアカバー１３はボルトで下ケース５２に締結される。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。電力制御ユニット１０が電気機器の一例に相当する。第１実施例のアッパーカバー１２と筐体本体１１が、筐体５０を構成する「少なくとも２個の部分」の一例に相当する。第２実施例の上ケース５１と下ケース５２が、筐体５０ａを構成する「少なくとも２個の部分」の別の一例に相当する。本明細書が開示する車載構造は、電力制御ユニットのほかの電気機器に適用されてもよい。電力制御ユニット１０（電気機器）に干渉する機器は、ラジエータタンクに限られない。本明細書が開示する技術は、アッパーカバーの無い筐体を備える電気機器に適用することもできる。

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。

５：補機バッテリ
７ａ、７ｂ：モータ
１０、１０ａ：電力制御ユニット
１１：筐体本体
１１ａ：ボルト受け部
１２：アッパーカバー
１２ａ：リブ
１３：ロアカバー
１７：コネクタ
２７：パワーケーブル
３０：トランスアクスル
３０ａ：上面
４３、４３ａ、４３ｂ：ボルト
５０、５０ａ：筐体
５１：上ケース
５１ａ、５２ａ：フランジ
５２：下ケース
５２ｂ、５２ｃ：ボルト受け部
９０：フロントコンパートメント
９１：ラジエータタンク
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
１００：ハイブリッド車

Claims (1)

1. 電気機器の車載構造であって、
   前記電気機器は、自動車のフロントコンパートメントにてトランスアクスルの上に固定されており、
   前記電気機器の筐体は、上下方向で少なくとも２個の部分に分割されており、
   前記２個の部分は、四隅がボルトで相互に固定されており、
   前記２個の部分の車両前後方向の後側であって車幅方向の車両中心寄りの隅が２本のボルトで相互に固定されている、車載構造。

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