JP2021044958A

JP2021044958A - パワーコントロールユニット

Info

Publication number: JP2021044958A
Application number: JP2019166016A
Authority: JP
Inventors: 拓也屋敷; Takuya Yashiki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-03-18

Abstract

【課題】車両前方衝突時において、筐体の側壁部に配置された締結ボス部のせん断破壊を防止できるパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）を提供する。【解決手段】電力変換装置を収容する筐体を備えるＰＣＵであり、筐体は、車両下側に配される第１筐体部２と、車両上側に配される第２筐体部とが、車両上下方向に接合面同士を液状のシール材を介して突き合わせた状態で重ねられ、各筐体部の車両前後方向に延在する側壁部の接合面近傍に配置された各筐体部の外表面側に突出する締結ボス部７でボルトにて締結されている。第１筐体部２は、側壁部にコネクタ部と、側壁部の上部、かつ、接合面より外表面側に液状のシール材の液垂れを防止するための液垂れ防止壁６とを備える。液垂れ防止壁は、コネクタ部よりも車両上側の部分に配置される車両前後方向に平行な第１壁部６ｉと、締結ボス部の突出形状に沿って締結ボス部内に延在する第２壁部６ｉｉと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、電力変換装置を収容する筐体を備えるパワーコントロールユニットに関する。

特許文献１には、車両上下方向に互いに突き合わされた２つの筐体部が、外周部に配置された複数の締結ボス部においてボルトにて締結された構成を有し、内部に電力変換装置が収容された筐体を備えるパワーコントロールユニットが開示されている。

特開２０１４−４３１２４号公報

特許文献１に開示される筐体は、車両前方からの衝突荷重が一方の筐体部に偏って入力された場合に、側壁部に配置された締結ボス部のボルトにせん断荷重が集中して、締結ボス部がせん断破壊する恐れがあった。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、車両前方衝突時において、筐体の側壁部に配置された締結ボス部のせん断破壊を防止できるパワーコントロールユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための一態様は、電力変換装置を収容する筐体を備えるパワーコントロールユニットであって、前記筐体は、車両下側に配される第１筐体部と、車両上側に配される第２筐体部とが、車両上下方向に接合面同士を液状のシール材を介して突き合わせた状態で重ねられ、各筐体部の車両前後方向に延在する側壁部の接合面近傍に配置された各筐体部の外表面側に突出する締結ボス部でボルトにて締結された構成を有しており、前記第１筐体部は、前記側壁部にコネクタ部と、前記側壁部の上部かつ前記接合面より外表面側に前記液状のシール材の液垂れを防止するための液垂れ防止壁とを備え、前記液垂れ防止壁は、前記コネクタ部よりも車両上側の部分に配置される車両前後方向に平行な第１壁部と、前記締結ボス部の突出形状に沿って該締結ボス部内に延在する第２壁部とを含む、ことを特徴とするパワーコントロールユニットである。

本発明に係るパワーコントロールユニットでは、第１筐体部の側壁上部に配置された液垂れ防止壁を、側壁部に配されるコネクタ部よりも車両上側の部分に配置される車両前後方向に平行な第１壁部と、前記締結ボス部の突出形状に沿って該締結ボス部内に延在する第２壁部とを含む構成としている。液垂れ防止壁をこのような構成とすることにより、締結ボス部の曲げ剛性を高めることができ、車両衝突時に締結ボス部のせん断破壊を防止することができる。その結果、パワーコントロールユニットの衝突性能を向上させることができる。

本発明によれば、車両前方衝突時において、筐体の側壁部に配置された締結ボス部のせん断破壊を防止できるパワーコントロールユニットを提供することができる。

（ａ）は、車両前方衝突時に車両のエンジンコンパートメント内に配置されるパワーコントロールユニットに生じるせん断荷重を示す図であり、（ｂ）は、その際、従来の締結ボス部に生じるせん断荷重を示す図である。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態における第１筐体部の上面図及び締結ボス部周辺の拡大上面図である。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態における第１筐体部の側面図及びコネクタ部周辺の拡大側面図である。締結ボス部の厚みを厚くした場合の効果を説明するための図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図１（ａ）は、車両前方衝突時に車両のエンジンコンパートメント内に配置されるパワーコントロールユニット（以下、ＰＣＵともいう）に生じるせん断荷重を示す図であり、図１（ｂ）は、その際、従来の締結ボス部に生じるせん断荷重を示す図である。また、図２（ａ）は、本発明の一実施形態における第１筐体部の上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す点線部分７ｂを拡大した、締結ボス部周辺の拡大上面図である。図３（ａ）は、本発明の一実施形態における第１筐体部の側面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す点線部分８ａを拡大した、コネクタ部周辺の拡大側面図である。
ここで、図１及び他の図において、矢印Ｆｒは車両前方、矢印Ｒｒは車両後方、矢印Ｒは車両右側、矢印Ｌは車両左側、矢印Ｕは車両上方、矢印Ｄは車両下方をそれぞれ示している。
なお、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

図１（ａ）に示すように、車両下側及び車両上側にそれぞれ配される第１筐体部２及び第２筐体部３を含む筐体１を備えるＰＣＵ１０は、車両前方衝突時に、例えば、車両前方上側から変形した車両部品４が接触した場合、矢印Ｆに示す荷重を受ける。このＰＣＵ前面への荷重Ｆにより、第１筐体部２と第２筐体部３との間で矢印Ａの方向に滑りが発生する。この滑りにより、第１筐体部２と第２筐体部３とを締結するボルト５に、矢印Ｆ_１に示すせん断荷重が発生する。そして、例えば、第１筐体部２の側壁部２ｓより外表面側（ケース外側）に（側壁部２ｓからボルト５までの）幅７ｗで突出している締結ボス部７に、矢印Ｂ方向に曲げモーメントが発生する。この曲げモーメントＢは、締結ボス部の根本部分７ａ、言い換えると、液状のシール材の液垂れを防止するための液垂れ防止壁（リブ構造）６の根本部分において、最大となり、応力が集中し、この根本部分７ａがせん断破壊され破損する恐れがある。

図１（ｂ）に示すように、従来のＰＣＵでは、接合面よりも外表面側に配される液垂れ防止壁６が、車両左側面部に配されるコネクタ部８よりも車両上側の部分に配置される車両前後方向に平行な壁部のみ（後述する第１壁部のみ）により構成されていたため、上記曲げモーメントＢにより締結ボス部の根本部分７ａが破損し易かった。

一方、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明に係るＰＣＵ（以下、本ＰＣＵともいう）は、接合面よりも外表面側に配される液垂れ防止壁６が、車両左側面部に配されるコネクタ部よりも車両上側の部分に配置される車両前後方向に平行な第１壁部６ｉと、締結ボス部７の突出形状に沿って締結ボス部内に延在する第２壁部６ｉｉとを含む構成を有している。すなわち、本ＰＣＵでは、図１（ｂ）に示す液垂れ防止壁６が、締結ボス部の根本部分７ａの曲部に沿って延伸されている。このような構成を有することにより、衝突時のせん断荷重により発生する曲げモーメントＢに対する締結ボス部７の剛性が高まり、車両衝突時の締結ボス部７（特に締結ボス部の根本部分７ａ）の破損を防ぐことができる。
以下に、本ＰＣＵをより詳細に説明する。

＜パワーコントロールユニット＞
本ＰＣＵは、例えば、ハイブリッド車や電気自動車等の車両の動力源が搭載されるエンジンコンパートメント内に配置されて、車両の電力制御に使用することができる。本ＰＣＵは、インバータ及びコンバータとして機能する電力変換装置を収容し、例えば、概略的に矩形状に形成された筐体を備えている。本明細書では、エンジンを有さない電気自動車であっても、エンジンに相当する走行用モータが配置される車内空間を便宜上「エンジンコンパートメント」と称する。

図１及び図２に示すように、当該筐体１は、概略的に矩形状に形成されており、車両前後方向に延びる一対の側壁部２ｓと、各側壁部２ｓの両端部に位置する４つの角部とを有する。また、筐体１は、車両上下方向の下側（車両下側）に配され、コンバータ回路を収容する第１筐体部（コンバータケース）２と、車両上下方向の上側（車両上側）に配され、インバータ回路を収容する第２筐体部（インバータケース）３とを備えている。第１筐体部２及び第２筐体部３は、それぞれ車両上下方向に開口しており、第１筐体部２の上方の開口部を一巡する接合面９ａと、第２筐体部３の下方の開口部を一巡する接合面９ｂとが、液状のシール材（不図示）を介して、互いに突き合わされた状態で車両上下方向に重ねられている。そして、それぞれの接合面同士が突き合わされた状態で、図１に示すように、ボルト穴１２に貫通された複数のボルト５により締結された構成を有しており、例えば、各筐体部の車両前後方向に延在する側壁部の接合面近傍に配置された各筐体部の外表面側に突出する締結ボス部７で、ボルト５にて締結されている。具体的には、第２筐体部側にボルト５が挿入されるボルト挿入孔が形成され、第１筐体部側にボルト（雄ねじ）と噛み合うナット（雌ねじ）が形成される。

このように、筐体１の各構成要素は、筐体１のシール性を確保する観点から、液状のシール材（例えば、フォームドインプレイスガスケット（ＦＩＰＧ））を接合面に塗布された状態で接合されている。液状のシール材の塗布量は特に限定されず、適宜設定できる。シール材を介在させて第1筐体部２及び第２筐体部３を接合することにより、気体、液体や塵等が筐体１内に侵入することを防止できる。
なお、本明細書では、図２（ｂ）に示すように、第１筐体部２と第２筐体部３とが、液状のシール材を介して接合される部分を接合面（ケースシール面）と称しており、当該シール材が塗布されずにボルト５により締結される部分（締結ボス部７）や、液垂れ防止壁６等は、接合面に含まれず、接合面近傍に位置するものである。
また、締結ボス部の配置及び数は、本発明の効果が得られる範囲で適宜設定することができる。

なお、第１筐体部２の下方の開口部は例えばロアカバー（不図示）により、第２筐体部の上方の開口部はアッパーカバー１１によりそれぞれ塞ぐことができる。また、これらのカバーは複数のボルト（不図示）にて締結することができ、筐体１は、第１筐体部２をトランスアスクル（不図示）の上部に取り付けることにより、エンジンコンパートメント内に配置される。トランスアスクルは、エンジンコンパートメント内において、不図示の車体構成部材に固定されている。なお、ここで記載した各筐体部の構成は一例であり、本発明の効果を有する範囲で、他の構成とすることもできる。

筐体１は、その電磁シールド性を確保する観点から、筐体１を構成する各構成要素はいずれも金属材料で構成される。例えば、第１筐体部２及び第２筐体部３は、アルミ系材料を鋳造することにより構成でき、ロアカバー及びアッパーカバーは鋼板材料をプレス加工することにより構成できる。

第１筐体部２は、図３に示すように、（車両左側の）側壁部２ｓにコネクタ部８と、当該側壁部２ｓの車両上側部分（側壁上部）に液垂れ防止壁６とを備える。
コネクタ部８は、従来公知の構造とすることができ、例えば、筐体の内部に収容された回路基板（不図示）上に実装されたコネクタの一部を第１筐体部２の開口部（不図示）から外部に露出させ、当該コネクタの防水性を確保する観点から、当該開口部の周縁部やコネクタの外表面等をシール部材（例えば、ＭＧ型コネクタシール）でシールした構成とすることができる。

液垂れ防止壁６は、コネクタ部８への液状のシール材の液垂れを防止するためのもの（リブ構造）であり、図２に示すように、接合面９ａよりも第１筐体部２の車両左方向の外表面側に配置されている。また、液垂れ防止壁６は、上述したように、第１壁部６ｉと、第２壁部６ｉｉとが連結（連通）した構造を有しており、液垂れ防止壁が、コネクタ部８の上方に配置される車両前後方向に平行な部分から、更に、締結ボス部の根本部分７ａよりも締結ボス部の突出形状（曲部）に沿って車両後方側に延伸している。すなわち、液垂れ防止壁６の第２壁部６ｉｉは、締結ボス部７の内部（具体的には、締結ボス部の外周部の一部分）に形成されている。このような構造とすることにより、締結ボス部の曲げ剛性を向上させている。
なお、第１壁部６ｉの長さは特に限定されないが、第１筐体部の側壁部２ｓに設けられたコネクタ部（コネクタシール面）に、液状のシール材が侵入しないよう、当該コネクタ部の車両前後方向の幅の９割以上を覆うことができる長さとすることが好ましい。また、第２壁部６ｉｉの（締結ボス部の曲部に沿って延伸する）長さは、特に限定されず、本発明の効果が得られる範囲で適宜設定することができる。

（他の実施形態）
次に、図４を参照しながら、本発明の他の実施形態（変形例）を説明する。なお、図４は、締結ボス部７の（車両上下方向における）厚みを厚くした場合の効果を説明するための図であり、締結ボス部周辺の拡大側面図である。図４では、液垂れ防止壁の一部の記載を省略している。この図に示すように、第１筐体部２の側壁部２ｓの接合面近傍に配置される締結ボス部７の厚み（フランジ高さ）を、Ｈ_１からＨ_２に増加させることにより、締結ボス部の断面係数を大きくすることができ、曲げモーメントに対する抵抗力を向上することができる。その結果、車両衝突時における締結ボス部のせん断破壊を容易に防ぐことができる。なお、締結ボス部の厚みの増加量は特に限定されず、本発明の効果が得られる範囲で適宜設定することができる。例えば、当該締結ボス部７の車両上下方向の高さを、液垂れ防止壁の高さ以上となるように、締結ボス部の厚みを設定することができる。

また、ここでは、コネクタ部の上方に配される締結ボス部に関して説明を行ったが、各筐体部の外周部（例えば、側壁部や角部）に形成された複数の締結ボス部のうちの１つ以上の厚みを厚くし、曲げモーメントに対する抵抗力を向上させてもよい。

このように、液垂れ防止壁を上述した第１壁部と第２壁部とを含む構成とし、更に、締結ボス部の厚みを厚くすることで、本発明の効果をより容易に発現することができる。

なお、上述の説明では、車両前方に衝突した場合を想定した説明を行ったが、本ＰＣＵは、他の衝突の場合であっても、図１（ａ）に示すような、せん断荷重Ｆ_１が締結ボス部内のボルト５に発生した場合には、同様の効果が得られるものである。

このように、上述した構成を有する本ＰＣＵでは、第１壁部のみから構成された液垂れ防止壁を有するＰＣＵと比較して、締結ボス部の剛性を高めることができ、車両衝突時の締結ボス部の破損を防止でき、ＰＣＵの衝突性能を向上させることができる。

１筐体
２第１筐体部（コンバータケース）
２ｓ側壁部
３第２筐体部（インバータケース）
５ボルト
６液垂れ防止壁
６ｉ第1壁部
６ｉｉ第２壁部
７締結ボス部
８コネクタ部
９ａ、９ｂ接合面
１０ＰＣＵ

Claims

電力変換装置を収容する筐体を備えるパワーコントロールユニットであって、
前記筐体は、車両下側に配される第１筐体部と、車両上側に配される第２筐体部とが、車両上下方向に接合面同士を液状のシール材を介して突き合わせた状態で重ねられ、各筐体部の車両前後方向に延在する側壁部の接合面近傍に配置された各筐体部の外表面側に突出する締結ボス部でボルトにて締結された構成を有しており、
前記第１筐体部は、前記側壁部にコネクタ部と、前記側壁部の上部かつ前記接合面より外表面側に前記液状のシール材の液垂れを防止するための液垂れ防止壁とを備え、
前記液垂れ防止壁は、前記コネクタ部よりも車両上側の部分に配置される車両前後方向に平行な第１壁部と、前記締結ボス部の突出形状に沿って該締結ボス部内に延在する第２壁部とを含む、
ことを特徴とするパワーコントロールユニット。