JP2019202681A - 電力変換器の車載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、電力変換器の車載構造に関し、電力変換器のケースとは別部品のブラケットを用いるよりも低いコストで電力変換器を支持する構造を提供する。【解決手段】電力変換器２０のケース１０は、ケース下部から下方に延びている複数の脚（前脚１２と後脚１３）を備えている。複数の脚は、ケース１０に一体に形成されている。走行用のモータ３を収容するハウジング３０とケース１０の下面との間に隙間ＳＰを確保しつつ、脚の下端がハウジング３０の上部に固定されている。少なくとも１個の脚に、ケース１０に前方から衝突荷重が加わったときに、脚とハウジング３０の締結箇所が破断するよりも先に脚が変形あるいは破断するように切欠が設けられている。【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、直流電源の電力を走行用の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。

電気自動車（ハイブリッド車と燃料電池車を含む）は、直流電源の電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器を備えている。特許文献１−３に、電力変換器の例が開示されている。モータに電力を伝達するパワーケーブルは短い方が良いので、電力変換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。特許文献１の電力変換器は、ハウジングの上に直接に固定されている。特許文献２、３に開示された電力変換器は、ハウジングの上方に支持されている。電力変換器は、ハウジングとの間に隙間を確保しつつ、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。電力変換器のケースがハウジングに直接に接することなく、ブラケットを介してハウジングに固定されることで、ハウジングから電力変換器へ伝達される振動が抑えられる。特許文献２には、電力変換器のケースとブラケットとの間に防振ブッシュが挟まれている。特許文献２、３に開示された車載構造では、電力変換器のケースとは別の部品であるブラケットを用いている。

特開２０１６−１４０２００号公報 特開２０１４−１１４８７０号公報 特開２０１３−１９３６３４号公報

本明細書は、ケースとは別部品のブラケットを用いるよりも低いコストで、電力変換器をハウジングの上方に支持する構造を提供する。

本明細書は、電源の直流電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器の車載構造を提供する。電力変換器は、ケースから下方に延びている複数の脚を備えている。複数の脚は、ケースに一体に形成されている。走行用のモータを収容するハウジングとケースの下面との間に隙間を確保しつつ、脚の下端がハウジングの上部に固定されている。少なくとも１個の脚に、ケースに衝突荷重が加わったときに、脚とハウジングの締結箇所が破断するよりも先に脚が変形あるいは破断するように脆弱部が設けられている。

本明細書が開示する車載構造では、ケースとは別体のブラケットの代わりに、脚付のケースを採用する。脚はケースと一体化しており、ケースと同時に成形できる。それゆえ、脚付ケースは、独立したブラケットを採用するよりも低コストで実現可能である。

また、上記の車載構造では、衝突の際、脚とハウジングとの締結箇所よりも先に脆弱部を起点に脚が変形あるいは破断するので、ハウジング（締結箇所）が破断することが避けられる。モータを収容しているハウジングが破断すると、内部の高電圧部品（モータの部品）が露出してしまうおそれがある。本明細書が開示する車載構造では、ハウジングの破断を回避することができる。

さらには、脚が変形あるいは破断することで、ケースが移動し、ケースに加わる衝撃が緩和される。１個の脚が変形／破断すると、他の脚に加わる荷重が大きくなり、次々と連鎖的に他の脚が変形／破断する。その結果、ケースが移動し、電力変換器が受ける衝撃が緩和される。２個以上の脚に脆弱部が設けられていてもよい。脆弱部は、典型的には、脚に設けられた切欠でよい。

本明細書が開示する車載構造では、ケースの脚とハウジングとの間に防振ブッシュが備えられていてもよい。防振ブッシュによって、ハウジングからケースに伝わる振動が軽減される。

脚の下端を固定するボルトは、その長手方向が上下方向を向くようにハウジングに固定されていてもよい。あるいは、下端を固定するボルトは、その長手方向が車両の横方向を向くようにハウジングに固定されていてもよい。いずれの場合も、ボルトを差し込む作業が容易になる。

脚の下端を固定するボルトは、その長手方向が車両の前後方向を向くようにハウジングに固定されていてもよい。この場合、脚の下端のボルト挿通部は、車両の横方向と上下方向に拡がることになる。ボルト挿通部は車両前後方向に拡がる必要がなく、ボルト挿通部を含むケースの全長が短くなる。

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。

第１実施例の搭載構造を含むフロントコンパートメントの部品レイアウトの例を示す斜視図である。 ハウジングと電力変換器の側面図である。 ケース（下部）の斜視図である。 前脚の下部の拡大側面図である。 変形例の前脚の拡大側面図である。 電力変換器と変形例のハウジングの斜視図である。 第２実施例の車載構造を説明する側面図である。 第２実施例の車載構造における電力変換器の斜視図である。 第３実施例の車載構造を説明する側面図である。

（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。実施例の車載構造は、走行用のモータとエンジンの双方を備えたハイブリッド車に適用されている。図１に、ハイブリッド車１００のフロントコンパートメント９０における部品レイアウトを示す。ハイブリッド車１００は、エンジン９８、モータ３、及び、電力変換器２０を車両のフロントコンパートメント９０に搭載している。電力変換器２０は、不図示のメインバッテリの電力をモータ３の駆動電力に変換するデバイスである。フロントコンパートメント９０において、電力変換器２０は、ハウジング３０の上に固定されている。電力変換器２０に、第１実施例の車載構造２が適用されている。

ハウジング３０は、モータ３と動力分配機構とデファレンシャルギアを収容している。フロントコンパートメント９０には、エンジン９８、電力変換器２０、ハウジング３０の他にも、バッテリ９５など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。図１では、電力変換器２０も簡略化して描かれている。電力変換器２０の詳細な形状は図２と図３を参照されたい。

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。また、以下では、フロントコンパートメント９０に搭載される部品に対して「前面」、「後面」、「前部」、「後部」などの表現を用いるが、これらの表現における「前」は車両前方側を意味し、「後」は車両後方側を意味する。

先に述べたように、ハウジング３０には、モータ３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。動力分配機構は、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とモータ３へ伝達する。デファレンシャルギア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。

先に述べたように、電力変換器２０は、不図示のメインバッテリの電力をモータ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、メインバッテリの電圧を昇圧した後、モータの回転数に対応した周波数の交流に変換する。また、電力変換器２０は、モータ３が発電した交流電力（回生電力）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メインバッテリが充電される。

詳しくは後述するが、電力変換器２０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。電力変換器２０のケース１０から前脚１２と後脚１３が下方へ延びており、前脚１２の下端と後脚１３の下端がハウジング３０に固定される。図１とともに図２、図３を参照してハウジング３０と電力変換器２０の関係（即ち車載構造２）を詳しく説明する。図２は、電力変換器２０とハウジング３０の側面図である。「側面」とは、車幅方向（図中のＨ軸方向）から見たときの図である。図３は、ケース１０の下部の斜視図である。

電力変換器２０とハウジング３０は、６本のパワーケーブル１９で電気的に接続されている。ハウジング３０には、２個のモータ３が収容されており、６本のパワーケーブル１９は２セットの三相交流を伝達する。

ハウジング３０の上面は、前下がりに傾斜している。ハウジング３０の上面の前部に台座３１が設けられており、上面の後部に台座３２が設けられている。

一方、電力変換器２０のケース１０の前部から２本の脚（前脚１２）が下方に延びている（図３参照）。前脚１２には、リブ１２２と、平坦な足１２４が設けられている。リブ１２２の上端がケース１０の前部に連結されており、下端は足１２４に連結されている。足１２４には貫通孔１２１が設けられている。図２に示されているように、前脚１２は、ボルト１５でハウジング３０の台座３１に固定されている。ボルト１５は、長手方向が上下方向を向くように配置されており、前脚１２の貫通孔１２１（図３参照）を通過し、前脚１２を固定している。

ケース１０の後部からも、２本の脚（後脚１３）が下方に延びている。後脚１３には、リブ１３２と、平坦な足１３４が設けられている。リブ１３２の上端がケース１０の後部に連結されており、下端が足１３４に連結されている。足１３４には貫通孔１３１が設けられている。図２に示されているように、後脚１３は、ボルト１６でハウジング３０の台座３２に固定されている。ボルト１６も、長手方向が上下方向を向くように配置されており、後脚１３の貫通孔１３１（図３参照）を通過し、後脚１３を固定している。

前脚１２と後脚１３は、ケース１０と一体に形成されている。具体的には、前脚１２と後脚１３は、アルミニウムの射出成形により、ケース１０と一体に形成されている。ケース１０と一体に形成されている前脚１２と後脚１３は、低コストで実現することができる。

ケース１０は、下方に延びる前脚１２と後脚１３によって、ハウジング３０との間に隙間ＳＰを確保しつつ、ハウジング３０の上方に支持されている。また、前脚１２と台座３１（ハウジング３０）の間には、防振ブッシュ１４が挟まれている。後脚１３と台座３２（ハウジング３０）の間にも、防振ブッシュ１４が挟まれている。ケース１０は、防振ブッシュ１４を介してハウジング３０に支持されている。防振ブッシュ１４は、ハウジング３０からケース１０へ伝わる振動を減衰させる。

図４に、前脚１２の下部の拡大側面図を示す。足１２４とリブ１２２の境界に切欠１２３（脆弱部）が設けられている。ケース１０に衝突荷重が加わったときに、前脚１２とハウジング３０の締結部（即ち台座３１）が破断するよりも先に、切欠１２３（脆弱部）を起点として前脚１２が変形あるいは破断する。衝突荷重が加わったときに切欠１２３（脆弱部）を起点に前脚１２が変形又は破断することで、ハウジング３０と前脚１２の締結部（即ち台座３１）が破断せずに済む。ハウジング３０が破断すると、ハウジング３０の内部の高電圧部品（モータ３の部品）が露出してしまうおそれがあるが、実施例の車載構造２では、ハウジング３０の破断が避けられる。

切欠１２３（脆弱部）は、４本の脚の少なくとも１本に設けられていればよい。１本の前脚１２が変形または破断すると、他の脚に加わる荷重が大きくなり、次々と連鎖的に他の脚が変形／破断する。その結果、ケース１０が後退し、ケース１０が受ける衝撃が緩和される。切欠１２３（脆弱部）は、全てに脚に設けられていてもよい。

図５に、変形例の前脚１２の側面図を示す。図５に示すように、脆弱部は、リブ１２２の後側に設けられた切欠１２９であってもよい。

図６に電力変換器２０のケース１０と変形例のハウジング３０ｃの斜視図を示す。図６では、ハウジング３０ｃを簡略化して描いてある。ハウジング３０ｃは、上面の前部に、前脚１２を係止する壁３０１を備えている。電力変換器２０を固定する際、前脚１２が壁３０１に当接するように電力変換器２０をハウジング３０ｃの上に置く。壁３０１が電力変換器２０を支えるので、ボルトなしでも電力変換器２０はハウジング３０ｃの上にとどまる。その状態で、ケース１０を固定するボルトをハウジング３０ｃへ取り付けることができる。壁３０１を備えることで、電力変換器２０のハウジング３０への固定作業が簡単になる。

（第２実施例）図７と図８を参照して第２実施例の車載構造２ａを説明する。図７は、電力変換器２０ａとハウジング３０ａの側面図である。図８は、電力変換器２０ａの斜視図である。電力変換器２０ａのケース１０ａには、脚（前脚１２ａと後脚１３ａ）が設けられている。前脚１２ａは、ケース１０ａの前部から下方に延びている。後脚１３ａは、ケース１０ａの後部から下方に延びている。前脚１２ａと後脚１３ａは、ケース１０ａと一体に作られている。

ハウジング３０ａの上前部に、垂直壁３１ａが設けられている。前脚１２ａは、ボルト１５ａでハウジング３０ａの垂直壁３１ａに固定される。ボルト１５ａは、その長手方向が車両の横方向を向く姿勢でハウジング３０ａの垂直壁３１ａに固定される。

ハウジングの上後部にも、垂直壁３２ａが設けられている。後脚１３ａは、長手方向が車両の横方向を向くように配置されたボルト１６ａでハウジング３０ａの垂直壁３２ａに固定される。前脚１２ａの下端と後脚１３ａの下端がハウジング３０ａに固定され、ケース１０ａの下面とハウジング３０ａとの間には、隙間ＳＰが確保される。

一方の前脚１２ａには切欠１２３ａが設けられている。ケース１０ａに衝突荷重が加わると、脚とハウジング３０ａとの締結箇所が破断するよりも先に切欠１２３ａから前脚１２ａが変形または破断する。１個の前脚１２ａが変形または破断すると、残りの脚に加わる荷重が増加する。その結果、残りの脚も次々に変形または破断する。第１実施例の車載構造２と同様に、車載構造２ａでも、ハウジング３０ａの破損が回避できるとともに、ケース１０ａが移動してケース１０ａに加わる衝撃が緩和される。

前脚１２ａは、防振ブッシュ１４を挟んでハウジング３０ａに固定される。後脚１３ａも、防振ブッシュ１４を挟んでハウジング３０ａに固定される。

ボルト１５、１６の長手方向が上下方向を向く車載構造２（第１実施例）と、ボルト１５ａ、１６ａが車両の横方向を向く車載構造２ａ（第２実施例）では、ボルトを差し込む作業が容易である。

（第３実施例）図９を参照して第３実施例の車載構造２ｂを説明する。図９は、電力変換器２０ｂとハウジング３０ｂの関係（即ち車載構造２ｂ）を示す側面図である。電力変換器２０ｂのケース１０ｂには、脚（前脚１２ｂと後脚１３ｂ）が設けられている。前脚１２ｂは、ケース１０ｂの前部から下方に延びている。後脚１３ｂは、ケース１０ｂの後部から下方に延びている。前脚１２ｂと後脚１３ｂは、ケース１０ｂと一体に作られている。

ハウジング３０ｂの上前部に、垂直壁３１ｂが設けられている。前脚１２ｂは、ボルト１５ｂでハウジング３０ｂの垂直壁３１ｂに固定される。ボルト１５ｂは、その長手方向が車両の前後方向を向くようにハウジング３０ｂに固定される。ハウジング３０ｂの上後部にも、垂直壁３２ｂが設けられている。後脚１３ｂは、ボルト１６ｂでハウジング３０ｂの垂直壁３２ｂに固定される。ボルト１６ｂは、その長手方向が車両の前後方向を向くようにハウジング３０ｂに固定される。前脚１２ｂと後脚１３ｂの下端がハウジング３０ｂに固定されることで、ケース１０ｂの下面とハウジング３０ｂの間には隙間ＳＰが確保される。ボルト１５ｂ、１６ｂの長手方向が前後方向を向く車載構造２ｂでは、脚（前脚１２ｂと後脚１３ｂ）を含めたケース１０ｂの全長を短くすることができる。

ハウジング３０ｂの垂直壁３１ｂと前脚１２ｂとの間には防振ブッシュ１４が挟まれており、垂直壁３２ｂと後脚１３ｂとの間にも防振ブッシュ１４が挟まれている。

一方の前脚１２ｂには切欠１２３ｂが設けられている。ケース１０ｂに衝突荷重が加わると、脚とハウジング３０ｂとの締結箇所が破断するよりも先に切欠１２３ｂから前脚１２ｂが変形または破断する。１個の前脚１２ｂが変形または破断すると、残りの脚に加わる荷重が増加する。その結果、残りの脚も次々に変形または破断する。第１実施例の車載構造２と同様に、車載構造２ｂでも、ハウジング３０ｂの破損が回避できるとともに、ケース１０ｂが移動してケース１０ｂに加わる衝撃が緩和される。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。本明細書が開示する車載構造は、車両の後部に搭載される電力変換器に適用されてもよい。脆弱部（切欠）は、１個の脚に設けられていてもよいし、複数の脚に設けられていてもよい。

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、２ａ、２ｂ：車載構造
３：モータ
１０、１０ａ、１０ｂ：ケース
１２、１２ａ、１２ｂ：前脚
１３、１３ａ、１３ｂ：後脚
１４：防振ブッシュ
１５、１５ａ、１５ｂ、１６、１６ａ、１６ｂ：ボルト
１９：パワーケーブル
２０、２０ａ、２０ｂ：電力変換器
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ：ハウジング
３１、３２：台座
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ：垂直壁
９０：フロントコンパートメント
９５：バッテリ
９６：サイドメンバ
９８：エンジン
１００：ハイブリッド車
１２１、１３１：貫通孔
１２２、１３２：リブ
１２３、１２３ａ、１２３ｂ、１２９：切欠
１２４、１３４：足
３０１：壁
ＳＰ：隙間

Claims (6)

1. 電力変換器の車載構造であり、
   前記電力変換器のケースは、前記ケースに一体に形成されており、下方に延びている複数の脚を備えており、
   走行用のモータを収容するハウジングと前記ケースの下面との間に隙間を確保しつつ、前記脚の下端が前記ハウジングの上部に固定されており、
   少なくとも１個の前記脚に、前記ケースに衝突荷重が加わったときに、前記脚と前記ハウジングとの間の締結箇所が破断するよりも先に前記脚が変形あるいは破断するように脆弱部が設けられている、車載構造。
2. 前記脆弱部は、前記脚に設けられた切欠である、請求項１に記載の車載構造。
3. 前記脚と前記ハウジングとの間に防振ブッシュが備えられている、請求項１又は２に記載の車載構造。
4. 前記脚を固定するボルトは、その長手方向が上下方向を向くように前記ハウジングに固定されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の車載構造。
5. 前記脚を固定するボルトは、その長手方向が車両の横方向を向くように前記ハウジングに固定されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の車載構造。
6. 前記脚を固定するボルトは、その長手方向が車両の前後方向を向くように前記ハウジングに固定されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の車載構造。

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