JP2019176627A - 走行用モータを制御する電力制御器の支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】走行用モータのハウジングの上方に支持される電力制御器の支持構造において、電力制御器を支持しているリアブラケットの耐振動特性が高く、衝突衝撃に強い支持構造を提供する。【解決手段】支持構造２は、フロントブラケット４０とリアブラケット１０を備えている。リアブラケット１０は、台座１１と支持部１２を備えている。台座１１は、ボルト１３によってハウジング３０の上面に固定されているとともにハウジング３０の上面後端よりも後方へ延びている。支持部１２は、ボルト１４によって台座１１に固定されているとともに、台座１１から上方へ延びており、上部が電力制御器５に連結されている。台座１１は、台座本体１６よりも剛性が高く密度が大きく、圧延材料で作られている補強部材１７を備えている。補強部材１７は、ボルト１３によってハウジング３０の上面に固定されているとともに、ボルト１４によって支持部１２に固定されている。【選択図】図３

Description

本明細書が開示する技術は、走行用モータを制御する電力制御器の支持構造に関する。

走行用のモータを備える自動車は、モータ駆動用の電力を制御する電力制御器を備える。駆動電力の供給源は直流電源であり、その典型は、バッテリ、あるいは、燃料電池である。電力制御器の典型は、直流電力を交流電力に変換するインバータである。電力制御器とモータの間のパワーケーブルは短い方が好ましい。それゆえ、電力制御器は、モータを収容するハウジングの上に配置されることがある。以下では説明を簡略化するため、モータを収容するハウジングを単純に「ハウジング」と称する。

特許文献１に、車両の前部空間において、ハウジングの上方に電力制御器を支持する支持構造が開示されている。特許文献１の支持構造では、電力制御器は、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隙間を有して支持されている。電力制御器は、ハウジングに直接に接することなく、フロント／リアブラケットを介して支持されているので、モータ振動から受ける影響が抑制される。リアブラケットは、ハウジングの上面の後端よりも後方へ延びている台座と、台座に固定されている支持部を備えている。支持部は、ハウジングの上面の後端よりも後方で台座に固定されているとともに、その上部が電力制御器に連結されている。

特開２０１７−７３９４７号公報

特許文献１の支持構造は、ハウジングの上面の前後方向の長さが比較的に短い場合に用いられる。リアブラケットの台座は、ハウジングの上面に片持ち支持される。それゆえ、車両が衝突したときに折れるおそれがある。また、片持ち支持なので、ハウジングの振動の影響を受けやすい。本明細書は、特許文献１の技術を改良し、振動と、衝突の衝撃に強い支持構造を提供する。

本明細書が開示する支持構造は、走行用モータを収容しているハウジングと、ハウジングとの間に隙間を有して電力制御器をハウジングの上方に支持している第１及び第２ブラケットを備えている。第１ブラケットは、車両前後方向における車両中心に近い側で電力制御器を支持している。第２ブラケットは、車両中心から遠い側で電力制御器を支持している。特許文献１のリアブラケットが第１ブラケットに相当し、フロントブラケットが第２ブラケットに相当する。第１ブラケットは、台座と、支持部を備えている。台座は、第１ボルトによってハウジングの上面に固定されているとともにハウジングの上面の車両中心に近い端を超えて車両中心側へ延びている。支持部は、電力制御器の車両中心に近い端よりも車両中心に近い位置で第２ボルトによって台座に固定されている。また、支持部は、台座から上方へ延びており、上部が電力制御器に連結されている。台座は、台座本体よりも剛性が高く密度が大きい延性部材を備えている。その延性部材は、第１ボルトによってハウジングの上面に固定されているとともに、第２ボルトによって支持部に固定されている。この支持構造は、台座に圧延部材を備えることで、耐振動特性と、衝突時の耐衝撃特性を向上させている。

なお、ハウジングと電力制御器が車両前部空間に配置されている場合には、「ハウジングの上面の車両中心に近い端」はハウジングの上面後端に相当する。ハウジングと電力制御器が車両後部空間に配置されている場合には、「ハウジングの上面の車両中心に近い端」はハウジングの上面前端に相当する。電力制御器が車両前部空間に配置される場合、前方衝突対策として、リアブラケットに上記した第１ブラケットの構造が適用される。電力制御器が車両後部空間に配置される場合、追突対策として、フロントブラケットに上記した第１ブラケットの構造が適用される。「第１ブラケット」、「第２ブラケット」、「車両中心に近い側」との表現を用いると、電力制御器が車両前部空間に配置された場合の電力制御器の前方衝突対策と、電力制御器が車両後部空間に配置された場合の電力制御器の追突対策を包括して説明することができる。

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。

実施例の支持構造を採用した電気自動車（ハイブリッド車）のエンジンコンパートメントの斜視図である。 ハイブリッド車の側面図である。 トランスアクスルと電力制御器の側面図である。 図３のリアブラケットの台座周辺の拡大図である。 第１変形例の台座の斜視図である。 第２変形例の台座の斜視図である。

図面を参照して実施例の支持構造を説明する。実施例の支持構造２は、走行用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車１００に適用されている。図１に、ハイブリッド車１００のエンジンコンパートメントの斜視図を示す。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。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軸は車両側方を示している。Ｆ軸、Ｖ軸、Ｈ軸と車両との関係は、全ての図で共通である。以下では、「走行用のモータ」を単純に「モータ」と表記する。

エンジンコンパートメント９０には、エンジン９８、電力制御器５、トランスアクスルなどが配置されている。図１において、符号３０は、トランスアクスルのハウジングを示している。実施例の支持構造２は、トランスアクスルのハウジング３０の上方に電力制御器５を支持する構造である。エンジンコンパートメント９０には他にも様々なデバイスが配置されているが、それらの説明は省略する。図１ではトランスアクスルやエンジン９８などは模式化して描いてある。

トランスアクスルのハウジング３０には、モータ３１と動力分配機構３２とデファレンシャルギア３３が収容されている。以下、説明を簡単にするため、トランスアクスルをＴ／Ａと表記する場合がある。

動力分配機構３２は、エンジン９８の出力トルクとモータ３１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３２は、高トルクが要求されたときには、エンジン９８の出力トルクとモータ３１の出力トルクを合成してデファレンシャルギア３３へ伝達する。また、動力分配機構３２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３３とモータ３１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３１で発電する。

エンジン９８とＴ／Ａのハウジング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Ｔ／Ａのハウジング３０は、車両の構造強度を担保する２本のサイドメンバ９７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。

電力制御器５は、モータ３１を制御するデバイスである。より詳しくは、電力制御器５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３１へ供給する。また、電力制御器５は、モータ３１が発電した交流電力を直流電力に変換し、さらに降圧することもある。降圧された電力によって高電圧バッテリが充電される。

電力制御器５は、Ｔ／Ａのハウジング３０の上面との間に隙間を有して支持される。電力制御器５は、その前部がフロントブラケット４０によって支持され、後部がリアブラケット１０によって支持される。

図２に、ハイブリッド車１００の側面図を示す。図２は、電力制御器５とＴ／Ａのハウジング３０の車両全体における配置を説明する図である。図２では、ハイブリッド車１００の輪郭は仮想線で描いてある。また、図２では、電力制御器５とハウジング３０以外のデバイスは図示を省略してある。図２の破線ＣＬ１は、車両の前後方向における車両中心を示している。

先に述べたように、Ｔ／Ａのハウジング３０は、車両前部のエンジンコンパートメント９０にて、サイドメンバ９７に懸架されている。電力制御器５は、フロントブラケット４０とリアブラケット１０によって、Ｔ／Ａのハウジング３０の上方に支持されている。図２によく示されているように、フロントブラケット４０は、電力制御器５の前部、即ち、車両中心ＣＬ１から遠い側で電力制御器５を支持する。リアブラケット１０は、電力制御器５の後部、即ち、車両中心ＣＬ１に近い側で電力制御器５を支持する。

図３に、電力制御器５とＴ／Ａ（ハウジング３０）の側面図を示す。ハウジング３０の上面３０ａは前下がりに傾斜している。別言すると、ハウジング３０の上面３０ａは、前側が後ろ側よりも低くなっている。ハウジング３０の上面３０ａの前側が後ろ側よりも低くなっている理由は次の通りである。先に述べたように、Ｔ／Ａのハウジング３０には、モータ３１と動力分配機構３２とデファレンシャルギア３３が収容されている。ハウジング３０の内部では、モータ３１の出力軸（モータ軸３１ａ）と動力分配機構３２の主軸３２ａとデファレンシャルギア３３の主軸３３ａ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）に延びている。図３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。ハウジング３０の上面３０ａは、３本の軸の上記した配置のため、上面の前側が後ろ側よりも低くなっている。それゆえ、上面３０ａに支持される電力制御器５は、前下がりに傾斜して配置される。

電力制御器５は、その下面５ｃと、ハウジング３０の上面３０ａとの間に隙間Ｇを有してフロントブラケット４０とリアブラケット１０によって支持されている。隙間Ｇ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、電力制御器５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、モータ３１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、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。

フロントブラケット４０の下端はボルト４１によって上面３０ａに固定されており、上端はボルト４２によって電力制御器５の前面５ａに連結されている。フロントブラケット４０と電力制御器５の間には防振ブッシュ２２が挟まれている。

リアブラケット１０の一端はボルト１３によって上面３０ａに固定されており、上端はボルト１５によって電力制御器５の後面５ｂに連結されている。リアブラケット１０と電力制御器５の間にも防振ブッシュ２３が挟まれている。

電力制御器５をハウジング３０の上方に配置するのには次の２つの理由がある。一つは、電力制御器５からモータ３１へ電力を送るパワーケーブル２１の長さが短くて済むことである。パワーケーブル２１の長さが短ければ、電力の伝送損失を抑えることができる。もう一つは、衝突時に電力制御器５に加わる衝撃を小さくするためである。モータ３１と動力分配機構３２とデファレンシャルギア３３を収容するハウジング３０は堅牢である。それゆえ、ハウジング３０の上方空間は、衝突の衝撃に対して比較的に安全である。なお、比較的に安全とはいえ、前方衝突の場合、電力制御器５は前方からの衝突荷重を受ける場合がある。「衝突荷重」とは、衝突の際に障害物がぶつかることによって生じる荷重のことである。

一方、ハウジング３０にはモータ３１が内蔵されているため、ハウジング３０には、走行振動とともにモータ３１の振動が加わる。電力制御器５に伝わる振動を抑制するため、電力制御器５は、ハウジング３０に直接に接することなく、防振ブッシュ２２、２３を挟んで両ブラケット１０、４０によってハウジング３０の上方に支持される。

図３に示すように、リアブラケット１０は、ハウジング３０の上面後端３０ｂよりも後方へ延びており、上面後端３０ｂよりも後方にて上方へ延びている。これは、ハウジング３０が比較的に小さいため、電力制御器５の後端がハウジング３０の上面後端３０ｂの付近に位置してしまうからである。

実施例の支持構造２は、リアブラケット１０に特徴がある。リアブラケット１０の構造をさらに詳しく説明する。リアブラケット１０は、台座１１と支持部１２で構成されている。台座１１は、台座本体１６と補強部材１７に分かれる。台座１１は、ボルト１３によってハウジング３０の上面３０ａに固定されているとともに、上面後端３０ｂを越えて後方へ延びている。ボルト１３は下方に向けて台座１１を通過し、ハウジング３０に固定されている。

支持部１２は、上面後端３０ｂよりも後方で台座１１から上方へ延びており、上部が電力制御器５の後面５ｂに連結されている。なお、台座１１と支持部１２はボルト１４で締結されている。先に述べたように、ハウジング３０が比較的に小さいため、台座１１はハウジング３０の上面後端３０ｂの近くに固定される。即ち、台座１１を固定するボルト１３は上面後端３０ｂの近くに位置することになる。

リアブラケット１０の台座１１の説明に戻る。図４に、図３における台座１１の周辺の拡大図を示す。先に述べたように、台座１１は、台座本体１６と補強部材１７で構成されている。台座本体１６は、軽量の材料、例えばアルミニウムで作られている。補強部材１７は、台座本体１６よりも剛性が高く、密度も大きい圧延材料で作られている。補強部材１７は、例えば、鋼板で作られている。ボルト１３は、台座本体１６と補強部材１７をハウジング３０に共締めする。ボルト１４は、支持部１２と補強部材１７を台座本体１６に共締めする。補強部材１７は台座本体１６よりも剛性が高く、衝突荷重に対して折れ難い。また、台座１１は、ハウジング３０の上面後端３０ｂから後方に突出しており、片持ち状態であるので、ハウジング３０の振動の影響を受けやすい。しかし、台座１１が剛性の高い補強部材１７を備えており、ハウジング３０に固定されているとともに支持部１２にも固定されていることで、台座１１全体の耐振動特性が高まる。

また、補強部材１７は圧延部材で作られている。圧延部材は、大きな荷重が加わると塑性変形する部材を意味する。それゆえ、衝突荷重が非常に大きい場合、補強部材１７が折れ曲がるように塑性変形することで、台座１１は破断を免れる。特に、台座１１には、ハウジング３０の上面後端３０ｂを支点として折れ曲がる力が加わる。補強部材１７は、ハウジング３０の上面後端３０ｂの前後にわたっており、上面後端３０ｂよりも前方にて、ボルト１３によってハウジング３０に固定されている。それゆえ、上面後端３０ｂを支点とする力に、補強部材１７が抗し、台座１１が破断し難くなる。

台座１１が破断を免れることで、衝突時、電力制御器５がハウジング３０から離れることが防止される。衝突の衝撃で電力制御器５がハウジング３０から離れると、他のデバイスと衝突してケースが破断し、内部の高電圧部品が露出するおそれがある。実施例の支持構造２では、補強部材１７を備えることで、台座１１が破断を免れ、その結果、電力制御器５のハウジング３０からの離反を防止することができる。

図５、図６を参照して台座の変形例を説明する。図５と図６は、台座において補強部材が占める部分が相違する。図５、図６では、一点鎖線が、ハウジング３０の上面後端３０ｂを示している。図５の台座１１ａは、台座本体１６ａと補強部材１７ａで構成されている。図６の台座１１ｂは、台座本体１６ｂと補強部材１７ｂで構成されている。図５と図６では、理解を助けるために、補強部材１７ａ、１７ｂをグレーでハッチングしてある。符号１８は、ボルト１３を通す貫通孔を示しており、符号１９は、ボルト１４を通す孔を示している。

図５の台座１１ａと図６の台座１１ｂでは、補強部材１７ａ、１７ｂの形状が異なる。具体的には補強部材１７ｂは補強部材１７ａより、ハウジング３０の上面後端３０ｂより後方が大きい。台座１１（１１ａ、１１ｂ）の振動モードは、上面後端３０ｂより後方へせり出した部分の上限振動であるため、台座１１の質量分布が振動モードに影響を与える。補強部材１７ａ、１７ｂは、台座本体１６ａ、１６ｂよりも密度が大きい。従って、補強部材１７ａ、１７ｂの形状（台座１１に占める補強部材の質量分布）を調整することで、台座１１の振動の周波数を調整することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のボルト１３が第１ボルトの一例に相当する。実施例のボルト１４が第２ボルトの一例に相当する。補強部材１７、１７ａ、１７ｂが、圧延部材の一例に相当する。

実施例の支持構造２は、車両の前部空間にて電力制御器５を支持する構造であった。本明細書が開示する技術は、車両の後部空間にて電力制御器５を支持する構造に適用することも可能である。その場合は、車両前後方向で車両中心ＣＬ１（図２参照）に近い側のフロントブラケットが、台座本体と補強部材からなる台座を備えていればよい。フロントブラケットの台座は、第１ボルトによってハウジングの上面に固定されている。また、台座は、ハウジングの上面の前端（車両中心に近い端）を超えて前方（車両中心側）へ延びている。支持部は、ハウジングの前端（車両中心に近い端）よりも前方（車両中心に近い位置）で第２ボルトによって台座に固定されている。支持部は、台座から上方へ延びており、上部が電力制御器に連結されている。台座は、台座本体よりも剛性が高く密度が大きい延性部材を備えており、延性部材は、第１ボルトによってハウジングの上面に固定されているとともに、第２ボルトによって支持部に固定されている。

本明細書が開示する技術は、ハイブリッド車のほか、エンジンを備えない電気自動車、電源として燃料電池を備えている自動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：支持構造
５：電力制御器
１０：リアブラケット
１１、１１ａ、１１ｂ：台座
１２：支持部
１３、１４、１５、４１、４２：支持部
１６、１６ａ、１６ｂ：台座本体
１７、１７ａ、１７ｂ：補強部材
２１：パワーケーブル
２２、２３：防振ブッシュ
３０：ハウジング
３１：モータ
４０：フロントブラケット
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. 走行用モータを制御する電力制御器の支持構造であり、
   前記走行用モータを収容しているハウジングと、
   前記ハウジングとの間に隙間を有して前記電力制御器を前記ハウジングの上方に支持しているブラケットであって、車両前後方向における車両中心に近い側で前記電力制御器を支持している第１ブラケットと車両中心から遠い側で前記電力制御器を支持している第２ブラケットと、を備えており、
   前記第１ブラケットは、
   第１ボルトによって前記ハウジングの上面に固定されているとともに前記ハウジングの上面の前記車両中心に近い端を超えて車両中心側へ延びている台座と、
   前記車両中心に近い前記端よりも前記車両中心に近い位置で第２ボルトによって前記台座に固定されているとともに、前記台座から上方へ延びており、上部が前記電力制御器に連結されている支持部と、
   を備えており、
   前記台座は、台座本体よりも剛性が高く密度が大きい延性部材を備えており、前記延性部材は、前記第１ボルトによって前記ハウジングの上面に固定されているとともに、前記第２ボルトによって支持部に固定されている、支持構造。

Images