JP2020006883A - 電力制御ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】他の機器との干渉に強い電力制御ユニットを提供すること。【解決手段】電力制御ユニットは、電力制御ユニットケースの側面に配置されている接続部を備える。電力制御ユニットは、接続部の背面を覆う背面保護壁と、接続部の側面を覆う側面保護壁を備えたカバー部を備える。側面保護壁の一部が、電力制御ユニットケースの側面から第１距離を有して電力制御ユニットケースの側面に固定されている。電力制御ユニットは、カバー部の背面保護壁を覆う板状部材を備える。電力制御ユニットは、電力制御ユニットケースの側面に第１距離以下の高さを有して配置されている突出部を備える。突出部は、背面保護壁の法線方向からみたときにカバー部の側面保護壁のうち電力制御ユニットケースに固定されていない部分と重なるように配置されている。カバー部は接続部よりも強度が高い。板状部材はカバー部よりも強度が高い。【選択図】図８

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搭載されている電力制御ユニットに関する。

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制御ユニットなども加わり、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（例えば特許文献１）。

特開２０１８−１８１０号公報

電力制御ユニットの筐体には、走行用のモータのための直流電源の電力伝送のためのケーブルのコネクタが接続される。車両が衝突した際、フロントコンパートメント内の機器が移動し、電力制御ユニットのコネクタが他の機器と干渉してコネクタが破損するおそれがある。すると、高電圧が印加されている金属端子同士が短絡してしまうおそれがある。本明細書は、他の機器との干渉に強い電力制御ユニットを提供する。

本明細書は、自動車のフロントコンパートメントに搭載される、直流電源の電力を走行モータ駆動用の交流電力に変換する電力制御ユニットを開示する。電力制御ユニットは、電力制御ユニットケースを備える。電力制御ユニットは、電力制御ユニットケースの側面に配置されており、電力制御ユニットと直流電源とを電気的に接続する接続部を備える。電力制御ユニットは、接続部の電力制御ユニットケースと対向する面と反対側の面である背面を覆う背面保護壁と、接続部の側面を覆う側面保護壁を備えたカバー部を備える。側面保護壁の電力制御ユニットケースと対向する端面の一部が、電力制御ユニットケースの側面から第１距離を有して電力制御ユニットケースの側面に固定されている。電力制御ユニットは、カバー部の背面保護壁の少なくとも一部を覆う板状部材を備える。電力制御ユニットは、電力制御ユニットケースの側面に第１距離以下の高さを有して配置されている突出部を備える。突出部は、背面保護壁の法線方向からみたときにカバー部の側面保護壁のうち電力制御ユニットケースに固定されていない部分と重なるように配置されている。カバー部は接続部よりも強度が高い。板状部材はカバー部よりも強度が高い。

自動車が衝突した際にフロントコンパートメント内の機器が移動し（あるいは電力制御ユニット自体が移動し）、カバー部の背面保護壁に他の機器が干渉してしまう場合がある。このような場合においても、背面保護壁を覆う板状部材によって、背面保護壁の全体に衝突荷重を分散させることができるため、カバー部の破損を防止することができる。そして、カバー部の側面保護壁のうち、電力制御ユニットケースの側面に固定されている部分は、固定機構によって、カバー部が電力制御ユニットケースへ近づく方向の変位が規制される。また、カバー部の側面保護壁のうち、電力制御ユニットケースに固定されていない部分は、側面保護壁と重なるように配置してある突出部によって、カバー部が電力制御ユニットケースへ近づく方向の変位が規制される。これにより、カバー部の変形を抑制することが可能になる。カバー部が変形してしまった結果、接続部に衝突荷重が入力されて接続部が破損してしまうような事態の発生を防止することができる。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。

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の位置関係を示す側面図である。 電力制御ユニットの後面とＤＣパワーコネクタとの接続関係を示した部分斜視図である。 ＤＣパワーコネクタとカバー部との配置関係を示した部分斜視図である。 ＤＣパワーコネクタがカバー部で覆われた構造をケースの後面に垂直な方向から見た図である。 ＤＣパワーコネクタがカバー部で覆われた構造を車両前方向から見た図である。 図７のＡ−Ａ線における断面図である。 図８のＢ−Ｂ線における断面図である。 比較例の断面図である。

図面を参照して実施例の電力制御ユニットを説明する。実施例の電力制御ユニットは、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。

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。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、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のケース１１の後面には、ＤＣパワーコネクタ１５が接続されている。ＤＣパワーコネクタ１５はカバー部２０によって覆われている。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。

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からの指令を受けて動作する。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）。

図３に、電力制御ユニット１０とブレーキアクチュエータ９１の位置関係を示す側面図を示す。図３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。また、図３のＸＹＺ座標系は電力制御ユニット１０のケース１１を基準とした座標系であり、Ｘ軸はケース１１の底面に平行な方向に延びており、Ｚ軸は筐体の後面に平行な方向に延びている。ＸＹＺ座標系は、後に参照する図４の斜視図を理解し易くするために描いてある。

先に述べたように、電力制御ユニット１０は、トランスアクスル３０の上面３０ａ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。ケース１１の左側面にモータコネクタ１７が接続されている。ケース１１の後面にＤＣパワーコネクタ１５が接続されている。ＤＣパワーコネクタ１５はカバー部２０によって覆われている。ＤＣパワーコネクタ１５およびカバー部２０の詳細な構造については後述する。

図４および図５を参照して、実施例におけるケース１１とＤＣパワーコネクタ１５とカバー部２０の接続構造を説明する。図４は、ケース１１の後面１１ａとＤＣパワーコネクタ１５との接続関係を示した部分斜視図である。図４では、ＤＣパワーコネクタ１５は取り外して描いてある。またカバー部２０は記載を省略している。ケース１１の後面１１ａには水平方向に延びるフランジ４４が設けられている。フランジ４４には貫通孔４４ａが設けられている。ＤＣパワーコネクタ１５は、その対向面１５ｂの一部が、フランジ４４の対向面４４ｂに接触するように配置される。図中の符号１５ｃが示す破線の矩形が、フランジ４４の対向面４４ｂに当接する当接範囲を示している。図中の符号４３は、ケース１１に設けられた開口であり、開口４３の内側に、筐体側の金属端子（不図示）が配置されている。図中の符号１５ａは、ＤＣパワーコネクタ１５に設けられた開口であり、開口１５ａの内側に、コネクタ側の金属端子（不図示）が配置されている。ＤＣパワーコネクタ１５をケース１１に取り付けると、筐体側の金属端子とコネクタ側の金属端子が接触し、導通する。ＤＣパワーコネクタ１５は、絶縁体である樹脂で形成されている。

図５は、後面１１ａに接続されているＤＣパワーコネクタ１５と、カバー部２０との配置関係を示した部分斜視図である。図５では、カバー部２０は取り外して描いてある。ＤＣパワーコネクタ１５は、対向面１５ｂと反対側の面である背面１５ｄを備えている。カバー部２０は、その背面１５ｄを覆う背面保護壁２０ａを備える。背面保護壁２０ａには、背面保護壁２０ａを覆う板状部材２１が配置されている。板状部材２１については後述する。またカバー部２０は、ＤＣパワーコネクタ１５の左側面を覆う側面保護壁２０ｂ、右側面を覆う側面保護壁２０ｃ、上側面を覆う側面保護壁２０ｄを備える。カバー部２０はアルミニウムで形成されている。アルミニウム製のカバー部２０は、樹脂製のＤＣパワーコネクタ１５よりも強度が高い。側面保護壁２０ｄは、側面保護壁２０ｂおよび２０ｃよりも電力制御ユニット１０側（すなわちＸ軸の正側）に突出しているフランジ２０ｅを備えている。フランジ２０ｅは側面保護壁２０ｄと平行な面を備えている。フランジ２０ｅにはボルト孔２０ｆが設けられている。フランジ２０ｅの下面がケース１１のフランジ４４の上面に接するように配置され、ボルト孔２０ｆおよび貫通孔４４ａを通してボルト４１で固定される。換言すると、側面保護壁２０ｄのケース１１と対向する端面が、ケース１１の後面１１ａに固定されている。

ケース１１の後面１１ａには、頭頂面が平坦な２個の突出部４２が設けられている。突出部４２は、ケース１１と一体に形成された円筒形状のボスである。突出部４２は、カバー部２０と対向する位置に設けられている。突出部４２は、後面１１ａに垂直な方向（すなわちＸ軸の負方向）から見たときに、側面保護壁２０ｂおよび２０ｃとその一部が重なる位置に配置されている。換言すると突出部４２は、背面保護壁２０ａの法線方向（すなわちＸ軸の負方向）からみたときに、ケース１１に固定されていない側面保護壁２０ｂおよび２０ｃと重なるように配置されている（図６、図７参照）。

図６〜図９を参照して、ＤＣパワーコネクタ１５およびカバー部２０の詳細な構造を説明する。図６は、ＤＣパワーコネクタ１５がカバー部２０で覆われた構造を、後面１１ａに垂直な方向（すなわちＸ軸の負方向）から見た図である。図６では、参考のために突出部４２も記載している。図７は、ＤＣパワーコネクタ１５がカバー部２０で覆われた構造を、車両前方向（すなわちＸ軸の正方向）から見た図である。図７では参考のために、突出部４２の位置を点線で記載している。図８は、図７のＡ−Ａ線における断面図である。すなわち図８は、ＤＣパワーコネクタ１５がカバー部２０で覆われた構造を、電力制御ユニット１０の横方向（すなわちＹ軸の正方向）から見た断面図である。図９は、図８のＢ−Ｂ線における断面図である。すなわち図９は、ＤＣパワーコネクタ１５がカバー部２０で覆われた構造を、電力制御ユニット１０の上方（すなわちＺ軸の正方向）から見た断面図である。

図８に示すように、カバー部２０の側面保護壁２０ｄの端面２０ｄＥは、ケース１１の後面１１ａから第１距離Ｄ１の位置に固定されている。またケース１１の後面１１ａには、高さＨ１の突出部４２が配置されている。高さＨ１は第１距離Ｄ１以下の高さである。これにより、カバー部２０の側面保護壁と突出部４２の頭頂面との間に隙間Ｇ１を形成することができる。従って、車両が振動した際にも、突出部４２とカバー部２０との接触を防止することができるため、異音の発生を防止できる。隙間Ｇ１の値は、突出部４２やカバー部２０の寸法バラつきを考慮して決定してもよい。

図６および図８に示すように、カバー部２０の背面保護壁２０ａには、背面保護壁２０ａの少なくとも一部を覆う板状部材２１が配置されている。図６に示すように、板状部材２１の最外形は、背面保護壁２０ａの最外形よりも小さい。また板状部材２１は、背面保護壁２０ａからはみ出さない位置に配置される。板状部材２１は、鋼板である。鋼板製の板状部材２１は、アルミニウム製のカバー部２０の背面保護壁２０ａよりも強度が高い。板状部材２１は、背面保護壁２０ａと両面テープで接合されている。板状部材２１により、背面保護壁２０ａの剛性を高めることができる。

また図８に示すように、背面保護壁２０ａの板厚Ｔ１は、側面保護壁２０ｄの板厚Ｔ２よりも厚くされている。これによっても、背面保護壁２０ａの剛性を高めることができる。

図９に示すように、板状部材２１の右側端辺Ｅ１は、カバー部２０の側面保護壁２０ｃの板厚Ｔ３の範囲内に位置している。同様に、板状部材２１の左側端辺Ｅ２は、カバー部２０の側面保護壁２０ｂの板厚Ｔ４の範囲内に位置している。これにより、板状部材２１に図９の矢印方向の衝突荷重Ｆが入力された場合には、衝突荷重Ｆを側面保護壁２０ｂや２０ｃを介してケース１１側へ分散させることができる。カバー部２０の破損を抑制することが可能になる。

図６および図８に示すように、背面保護壁２０ａの上部には、上辺に沿うとともにＸ軸の負方向に突出しているリブ２０ｇが形成されている。これにより、カバー部２０の上方（すなわちＺ軸の正方向）から、背面保護壁２０ａと板状部材２１との接着界面に、マイナスドライバ等の工具を差し込むことができない構造が実現されている。従って、人為的に板状部材２１が剥がされてしまう事態を防止できる。なお、電力制御ユニット１０がフロントコンパートメント９０に搭載された状態では、様々な機器が周囲に配置されているため、カバー部２０の横側および下方側（すなわちＹ軸の正負方向およびＺ軸の負方向）から工具を差し込むことは困難である。従って、リブ２０ｇは、少なくとも背面保護壁２０ａの上部に形成すればその機能を発揮することができる。

（効果）
図１０の比較例を用いて、効果を説明する。図１０の比較例の断面図は、図８の本実施例の断面図と対応している。比較例の構造は、本実施例の構造に比して、突出部４２および板状部材２１を備えていない。ハイブリッド車１００が前方衝突すると、ブラケット９３、９４（図３参照）が変形し、あるいは、破断し、電力制御ユニット１０が後方（図３右側）へ移動する場合がある。電力制御ユニット１０の後面には、カバー部で覆われたＤＣパワーコネクタ１５が接続されており、そ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が後退すると、カバー部がブレーキアクチュエータ９１と干渉する。その結果、カバー部には図１０の矢印方向の衝突荷重Ｆが入力される。カバー部１２０の上側の側面保護壁１２０ｄは、ボルト４１による固定機構によって、フランジ４４に固定されている。そのため、図１０の点線で示すカバー部１２０Ｘのように、フランジ４４と側面保護壁１２０ｄとの界面を回転中心Ｐ１として、カバー部１２０の下部が電力制御ユニット１０へ近づくように変形してしまう。また、背面保護壁１２０ａも電力制御ユニット１０側にへこんでしまう。その結果、ＤＣパワーコネクタ１５内部の樹脂部が圧潰してしまう。ＤＣパワーコネクタ１５はメインバッテリと接続されており、コネクタ内部の端子には１００ボルト以上の高電圧が加わっている。コネクタが破損し、内部の端子が短絡あるいは露出することは好ましくない。

そこで本明細書に記載の技術では、図８に示すように、後面１１ａに突出部４２が備えられている。図８の矢印方向の衝突荷重Ｆが入力された場合には、側面保護壁２０ｄは、ボルト４１による固定機構によって、電力制御ユニット１０へ近づく方向の変位が規制される。また側面保護壁２０ｂの下部に存在している端面２０ｂＥは、突出部４２と接触することによって、電力制御ユニット１０へ近づく方向の変位が規制される。また本明細書に記載の技術では、背面保護壁２０ａを覆う板状部材２１が備えられているため、背面保護壁２０ａの剛性が高められているとともに背面保護壁２０ａの全体に衝突荷重を分散させることができる。背面保護壁２０ａがへこんでしまう事態を防止することができる。以上により、カバー部２０の変形を抑制することが可能になるため、ＤＣパワーコネクタ１５への衝突荷重の入力を抑制することができる。衝突時にＤＣパワーコネクタ１５内部の樹脂部が破損してしまうような事態の発生を防止することができる。

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。

（変形例）
突出部４２の形状はボス形状に限られず、様々な形状を採用することができる。例えば板形状のリブであってもよい。実施例では、ＤＣパワーコネクタ１５に対して２個の突出部４２がケース１１に設けられているが、この数に限られない。また突出部４２は、頭頂面の総面積が大きいほどよい。

板状部材２１をカバー部２０の背面保護壁２０ａに接合する方法は、様々であってよい。例えばねじ止めによって接合してもよい。

実施例の接続構造は、電力制御ユニット１０以外の電気機器に適用されてもよい。また、実施例の接続構造は、他のコネクタ、例えば、モータコネクタ１７に適用されてもよい。本明細書が開示する接続構造は、様々なコネクタに適用可能であるが、特に、１００ボルト以上の高電圧が印加されるコネクタに適用することが好適である。

１０：電力制御ユニット １１：ケース １１ａ：後面 １５：ＤＣパワーコネクタ ２０：カバー部 ２１：板状部材 ２５：ＤＣパワーケーブル ３０：トランスアクスル ４１：ボルト ４２：突出部 ４４：フランジ ４４ａ：貫通孔 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 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搭載される、直流電源の電力を走行モータ駆動用の交流電力に変換する電力制御ユニットであって、
   電力制御ユニットケースと、
   前記電力制御ユニットケースの側面に配置されており、前記電力制御ユニットと前記直流電源とを電気的に接続する接続部と、
   前記接続部の前記電力制御ユニットケースと対向する面と反対側の面である背面を覆う背面保護壁と、前記接続部の側面を覆う側面保護壁を備えたカバー部であって、前記側面保護壁の前記電力制御ユニットケースと対向する端面の一部が前記電力制御ユニットケースの側面から第１距離を有して前記電力制御ユニットケースの側面に固定されている前記カバー部と、
   前記カバー部の前記背面保護壁の少なくとも一部を覆う板状部材と、
   前記電力制御ユニットケースの側面に前記第１距離以下の高さを有して配置されている突出部であって、前記背面保護壁の法線方向からみたときに前記カバー部の前記側面保護壁のうち前記電力制御ユニットケースに固定されていない部分と重なるように配置されている前記突出部と、
   を備え、
   前記カバー部は前記接続部よりも強度が高く、
   前記板状部材は前記カバー部よりも強度が高い、電力制御ユニット。

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