JP2020035836A - 電気機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】車載の電気機器のケースの耐衝撃性を高める技術を提供する。【解決手段】車載される電力制御ユニット（電気機器）は、アッパケース２１とロアケース２２がボルト２４で締結されている。アッパケース２１の側面２１ａに、側面２１ａに沿って延びる円柱状の突起２５が設けられている。突起２５に、ボルト２４が挿通される挿通孔２５ａが設けられている。挿通孔２５ａは、アッパケース２１の側面に沿って延びている。ボルト挿通孔２５ａの中心線ＣＬ２が、円柱状の突起２５の中心線ＣＬ１よりもアッパケース２１の中心寄りに位置している。ボルト挿通孔の中心線が突起２５の中心線に一致している電気機器と比較して、突起２５のボルト挿通孔２５ａの外側の突起肉厚（距離Ｌ１）が厚くなり、耐衝撃性が向上する。【選択図】図６

Description

本明細書が開示する技術は、車載用の電気機器に関する。本明細書は、特に、電気機器のケースの耐衝撃性を高める技術に関する。
特許文献１に、自動車のフロントコンパートメントに搭載されたインバータが開示されている。インバータのケースとカバーはボルトで固定されている。
特開２０１４−０４３１２４号公報
インバータにかぎらず、車載の電気機器は、ボルトで締結される第１ケースと第２ケースを備えている。なお、本明細書では、筐体の一部を構成する部品は「カバー」であっても「ケース」と呼称する。一方、車載の電気機器のケースは衝突の衝撃でも破壊されないように強靭であることが望ましい。本明細書は、車載の電気機器において、第１ケースと第２ケースの締結箇所の強度を高める技術を提供する。
本明細書が開示する電気機器は、第１ケースと第２ケースがボルトで締結されている車載用の電気機器である。第１ケースの側面に、その側面に沿って延びる円柱状の突起が設けられている。その突起に、ボルトが挿通される挿通孔が設けられている。挿通孔は、第１ケースの側面に沿って延びている。ボルト挿通孔の中心線が、円柱状の突起の中心線（円柱の中心線）よりも第１ケースの中心寄りに位置している。本明細書が開示する電気機器は、ボルト挿通孔の中心線が突起の中心線に一致している電気機器と比較して、突起のボルト挿通孔の外側の突起肉厚が厚くなり、耐衝撃性が向上する。
第１ケースと第２ケースの合わせ面の間の封止には液状ガスケット（ＦＩＰＧ：Formed In Place Gasket）が使われることがある。即ち、第１ケースと第２ケースの合わせ面の間に液状ガスケットが挟まれている場合がある。そのような場合には、第１ケースと第２ケースの一方の合わせ面において液状ガスケットとボルト挿通孔との間に溝が設けられているとよい。ボルトで固定する前に液状ガスケットを挟んで第１ケースと第２ケースを合わせたときに外側に押し出される液状ガスケットが溝に溜まる。外側に押し出される液状ガスケットでボルト挿通孔が塞がれることが防止される。
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。 フロントコンパートメントの平面図である。 トランスアクスルと電力制御ユニットの側面図である。 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。 締結箇所の拡大斜視図である。 図６（Ａ）は締結箇所の平面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図６（Ｃ）は、締結箇所におけるロアケースの平面図である。 フロントコンパートメントの平面図である（衝突荷重を図示）。
図面を参照して実施例の電気機器を説明する。実施例の電気機器は、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搭載されている電力制御ユニットである。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に、フロントコンパートメント９０の平面図を示す。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。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。特に、後に詳しく説明する電力制御ユニット１０のケースは上下に分割されており、周囲がボルトで締結されているが、締結箇所は図示を省略してある。図２には、電力制御ユニット１０のケース２０の周囲に複数の締結箇所１９が描かれている。図２では、図１に示してある補機バッテリ５の図示は省略した。
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、ラジエータ９６などが収容されている。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のハウジングに収容されている。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に示すように、電力制御ユニット１０は、トランスアクスル３０の上面のやや左寄りに配置されている。電力制御ユニット１０のケース２０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）が接続されており、上面には１個のコネクタ（低圧コネクタ１８）が接続されている。図１、図２では、低圧コネクタ１８に接続されているケーブルは図示を省略している。
図３に、電力制御ユニット１０とトランスアクスル３０の側面図を示す。トランスアクスル３０の上面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のケース２０の底面に平行に延びており、Ｚ軸はケース２０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。
電力制御ユニット１０は、フロントブラケット５１とリアブラケット５２によって、トランスアクスル３０の上面との間に隙間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５１とケース２０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５２とケース２０との間にも不図示の防振ブッシュが挟まれている。ケース２０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５７のコネクタ（モータコネクタ１７）が接続されている。
電力制御ユニット１０のケース２０は、上下が開口しているアッパケース２１と、アッパケース２１の上側の開口を覆うアッパカバ−２３と、アッパケース２１の下側の開口に連結されるロアケース２２で構成されている。アッパカバ−２３は、複数のボルトでアッパケース２１に固定されている。アッパケース２１とロアケース２２は、上下方向で並んでおり、両者は周囲を複数のボルト２４で相互に締結されている。図２に示すように、アッパケース２１とロアケース２２は、９個の締結箇所１９で連結されている。
図４を参照して、電力制御ユニット１０の回路構成を説明する。図４は、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である。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５５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５５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１５）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、図３を参照して説明したように、モータコネクタ１７とパワーケーブル５７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、通信ケーブルと低圧コネクタ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４の間の電力中継器を兼ねている。エアコンケーブル５６とエアコンコネクタ１６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４にメインバッテリ３の電力が供給される。
電力制御ユニット１０のケース２０の説明に戻る。図１−図３に示したように、電力制御ユニット１０は、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のケース２０はアッパケース２１とロアケース２２に分かれており、それらは周囲の複数の締結箇所１９で相互に締結されている。車両が前面衝突すると、ケース２０には前方から衝突荷重が加わる。ケース２０の内部には１００ボルト以上の高電圧が流れている多数の部品が収容されているので、ケース２０には高い耐衝突性能が求められる。
一方、アッパケース２１とロアケース２２の締結箇所１９は、ケース２０の周囲（アッパケース２１とロアケース２２の対向面の周囲）に突出している。ケース２０の周囲に突出している締結箇所１９は、衝突荷重の影響を強く受ける。図５に、締結箇所１９の拡大図を示す。アッパケース２１とロアケース２２は、ボルト２４で締結される。アッパケース２１の側面２１ａ（ケース２０の側面２０ａ）からタブ２９が突出しており、タブ２９から上方に円柱形状の突起２５が延びている。突起２５は、アッパケース２１の側面２１ａ（ケース２０の側面２０ａ）に沿って延びている。突起２５の上面にはボルト挿通孔２５ａ（後述）が設けられている。一方、ロアケース２２の側面２２ａ（ケース２０の側面２０ａ）からもタブ２６が突出しており、タブ２６にはボルト固定孔２６ａ（後述が）設けられている。ボルト固定孔２６ａには雌ネジが形成されており、ボルト２４を固定できるようになっている。ボルト２４は、アッパケース２１の突起２５のボルト挿通孔２５ａに挿通され、ロアケース２２のボルト固定孔２６ａに固定される。ボルト挿通孔２５ａとボルト固定孔２６ａは、ケース２０の側面２０ａに沿って延びている。より具体的には、ボルト挿通孔２５ａとボルト固定孔２６ａは、アッパケース２１とロアケース２２の並び方向（図中のＺ方向）に沿って延びている。
図６（Ａ）に、締結箇所１９の平面図を示す。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図６（Ｃ）は、締結箇所１９におけるロアケース２２の平面図である。先に述べたように突起２５は円柱形状であり、図６の破線ＣＬ１が突起２５の中心線を示している。一方、破線ＣＬ２は、ボルト挿通孔２５ａの中心線を示している。図６（Ａ）、（Ｂ）に示されているように、ボルト挿通孔２５ａの中心線（破線ＣＬ２）は、突起２５の中心線（破線ＣＬ１）よりもアッパケース２１の中心寄りに位置している。それゆえ、破線ＣＬ１と破線ＣＬ２が一致している場合と比較して、突起２５のボルト挿通孔２５ａの外側の肉厚（図６に示す距離Ｌ１）が厚くなり、締結箇所１９の耐衝撃性が向上する。
アッパケース２１とロアケース２２の合わせ面には液状ガスケット２８が挟まれている。合わせ面は、アッパケース２１の開口の周囲の側壁の下面と、ロアケース２２の開口の周囲の側壁の上面２２ｂを意味する。液状ガスケット２８は、アッパケース２１の合わせ面とロアケース２２の合わせ面（上面２２ｂ）の間を封止する。液状ガスケット２８は、最初は液体であり、合わせ面に塗布後、数分〜数時間で固化する。液状ガスケット２８を挟んでアッパケース２１とロアケース２２を連結すると、液状ガスケット２８が圧力を受けて拡がる。固化前の液状ガスケット２８がボルト挿通孔２５ａ、あるいは、ボルト固定孔２６ａに侵入すると、ボルト２４が入れ難くなる。そこで、ロアケース２２の合わせ面（上面２２ｂ）において液状ガスケット２８とボルト固定孔２６ａ（ボルト挿通孔２５ａ）との間に溝２７が設けられている（図６（Ｂ）、（Ｃ）参照）。アッパケース２１とロアケース２２を合わせた際、押し出される液状ガスケット２８は溝２７に溜まり、ボルト固定孔２６ａあるいはボルト挿通孔２５ａに侵入することが防止される。即ち、外側に押し出される液状ガスケットでボルト挿通孔２５ａあるいはボルト固定孔２６ａが塞がれることがない。
先に述べたように、アッパケース２１とロアケース２２は複数の締結箇所１９で相互に締結される。全ての締結箇所１９において、ボルト挿通孔２５ａの中心線が突起２５の中心線よりもケース中心寄りに位置していてもよい。あるいは、一部の締結箇所１９だけがボルト挿通孔２５ａの中心線がケース中心寄りにシフトしていてもよい。以下、ボルト挿通孔２５ａの中心線が突起２５の中心線よりもケース中心寄りに位置している締結箇所を、「ボルト挿通孔２５ａの中心線がシフトしている締結箇所」と称する。
図７に、再びフロントコンパートメント９０の平面図を示す。矢印Ｗは、衝突荷重を模式的に示している。また、一点鎖線ＣＬは、車両の左右方向の中心線を示している。複数の締結箇所１９は、場所に応じて符号に英字を添えてある。左前の締結箇所を符号１９ａで表し、前中央の締結箇所を符号１９ｂで表し、右前の締結箇所を符号１９ｃで表す。また、左側方の３個の締結箇所を符号１９ｄで表し、右側方の３個の締結箇所を符号１９ｅで表す。
電力制御ユニット１０は、フロントコンパートメント９０の左半分の領域に配置されている。正面からの衝突の場合、左前の締結箇所１９ａが最も大きな荷重を受ける。前中央の締結箇所１９ｂが次に大きな荷重を受け、右前の締結箇所１９ｃが３番目に大きな荷重を受ける。左側方の締結箇所１９ｄには４番目の大きさの荷重が加わり、右側方の締結箇所１９ｅに加わる荷重が最も小さい。そこで、左前と前中央と右前の締結箇所１９ａ、１９ｂ、１９ｃにて、ボルト挿通孔２５ａの中心線をシフトさせ、残りの締結箇所１９ｄ、１９ｅでは、中心線を一致させてもよい。あるいは、左前と前中央の締結箇所１９ａ、１９ｂにてボルト挿通孔２５ａの中心線をシフトさせ、残りの締結箇所１９ｃ、１９ｄ、１９ｅでは、中心線を一致させてもよい。
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の電力制御ユニット１０では、突起２５はアッパケース２１とロアケース２２の並び方向に延びている。ボルト挿通孔２５ａとボルト固定孔２６ａも、アッパケース２１とロアケース２２の並び方向に延びている。本明細書が開示する電気機器では、ボルト挿通孔２５ａが設けられた突起２５は、ケース２０の側面に沿って延びていればよい。例えば、突起２５は、ケース２０の側面に沿って水平方向に延びるように設けられていても良い。
実施例の電力制御ユニット１０の突起２５は円柱形状であった。突起２５は、真円の円柱形状に限られず、楕円の円柱形状であってもよい。また、本明細書が開示する技術は、電力制御ユニット以外の車載デバイスに適用してもよい。
実施例のアッパケース２１が第１ケースの一例であり、ロアケース２２が第２ケースの一例である。ロアケースに側面に沿って延びる突起を設け、その突起にボルトを通して第１ケースと第２ケースを締結する構造であってもよい。また、ボルト挿通孔の延びる方向は、アッパケースとロアケースの並び方向でなくともよい。ボルト挿通孔は、突起が設けられている側面に沿って延びていればよい。本明細書が開示する技術は、左右方向に分かれているケースを有する電気機器に適用することもできる。また、３個以上の分割ケースに分割されているケースを有す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。
３：メインバッテリ
４：エアコンコンプレッサ
５：補機バッテリ
７ａ、７ｂ：モータ
１０：電力制御ユニット
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：低圧コネクタ
１９、１９ａ−１９ｅ：締結箇所
２０：ケース
２０ａ、２１ａ、２２ａ：側面
２１：アッパケース
２２：ロアケース
２２ｂ：上面
２４：ボルト
２５：突起
２５ａ：ボルト挿通孔
２６、２９：タブ
２６ａ：ボルト固定孔
２７：溝
２８：液状ガスケット
３０：トランスアクスル
９０：フロントコンパートメント
９２：サイドメンバ
９５：エンジン
１００：ハイブリッド車

Claims (2)

  1. 第１ケースと第２ケースがボルトで締結されている車載用の電気機器であり、
    前記第１ケースの側面に、当該側面に沿って延びる円柱状の突起が設けられているとともに、当該突起に前記ボルトが挿通される挿通孔であって前記側面に沿って延びている挿通孔が設けられており、
    前記ボルト挿通孔の中心線が、円柱状の前記突起の中心線よりも前記第１ケースの中心寄りに位置している、電気機器。
  2. 前記第１ケースと前記第２ケースの合わせ面の間に液状ガスケットが挟まれており、
    前記第１ケースと前記第２ケースの一方の前記合わせ面において前記液状ガスケットと前記ボルト挿通孔との間に溝が設けられている、請求項１に記載の電気機器。
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