JP5630585B2 - インバータの保護構造 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンコンパートメント内に配置されたインバータの保護構造に関する。

自動車のエンジンコンパートメント（フロントコンパートメントともいう）内にはエンジンやモータ、及び、それらのコントローラなど、様々なデバイス（車載機器）が搭載される。近年では、ハイブリッド車の普及に伴い、モータに電力を供給するインバータもエンジンコンパートメント内に配置されるようになってきている（特許文献１）

特開２００１−３５４０４０号公報

自動車が障害物と衝突した際、エンジンコンパートメント内の車載機器は大きなダメージを受ける可能性がある。そこで、デバイスを衝突の衝撃から保護する構造が望まれる。特に、モータのインバータは大電流を扱うため、漏電を防止するためにも衝撃から保護する構造が望まれる。

インバータを保護する一つの方法として、インバータのケース外側にプロテクタを取り付けることが考えられる。プロテクタとは、例えば金属板でよい。プロテクタは、強度が必要とされる領域に付ければよいので、ケース全体を強くする必要がない。また、プロテクタの取り付け位置を変更するだけで、異なるタイプの車両に対応することもできる。このように、プロテクタによってインバータのケースの強度を増すことにはいくつかの利点がある。

インバータのケース角部が保護範囲である場合、その角部を覆うプロテクタを用意することになる。角部に接する２面又は３面にてプロテクタを固定するのは組み立て効率が良くない。プロテクタを留めるために作業者は２方向又は３方向からプロテクタにアクセスしなければならないからである。本明細書が開示する技術は、インバータのケース角部を保護する構造であって、組み立て効率を改善した保護構造を提供する。

本明細書は、インバータのケースの角部の保護構造を開示する。その構造は、角部を覆うプロテクタと、ケースに設けられた受け部を備える。プロテクタは、角部に隣接する一つの面（角部に連なる一つの面：第１面）に少なくとも２箇所で固定される。その少なくとも２箇所は、一直線上に並ぶ。そして、受け部は、角部に隣接する別の面（角部に連なる別の面：第２面）に設けられる。受け部は、上記直線（少なくとも２箇所の固定点を通る直線）の周りにプロテクタが回転したときにプロテクタの縁を受け止める位置に設けられる。

上記の保護構造によれば、プロテクタは第１の面でのみ固定される。作業者は第１の面に向かってのみ組み付け作業を行えばよいから、組み立て効率が向上する。また、プロテクタを固定する際、受け部とプロテクタは接している必要はない。好ましくは、プロテクタは、２箇所で固定されるとよい。その場合、作業者は、固定すべき２箇所のみに注意を払ってプロテクタの位置決めをすればよい。即ち、上記の構造は、プロテクタの位置決めも簡便である。

以下、プロテクタが一つの面上の２点で固定されている場合を考える。車両が障害物に衝突し、プロテクタに外部から力が加わると、２点で支持されているプロテクタは、２点を通る直線周りに回転する。その結果、プロテクタの縁が受け部に受け止められる。そうするとプロテクタは、固定された２点と受け部によって、３点で支持されることになり、構造的に安定する。即ち、受け部は、２箇所の固定点を結ぶ直線の周りにプロテクタが回転し、プロテクタの縁が受け部に受け止められたときに、２箇所の支持点とともにプロテクタに加わっている外力（衝撃力）を受け止める。プロテクタは、当初は２点で支持（固定）されるが、衝撃を受けて所定角度だけ回転すると３点支持に変わる。３点支持に変わることによって、プロテクタは、ケースを保護する強度を得る。上記のシナリオは、プロテクタが、一直線上に並ぶ少なくとも２点で固定される場合にも当てはまる。

受け部の形状は、典型的には、第２の面から突出する突起、又は、第２の面に設けられた溝であってよい。突起は、回転したプロテクタの縁が当接する位置に設けられる。溝は、回転したプロテクタの縁が引っ掛かる位置に設けられる。

上記の保護構造が適用されるインバータは、エンジンコンパートメント内でバッテリと横に並んで配置されたドライブトレインの上面に固定される。このとき、バッテリとインバータが横方向に隣り合う。典型的な衝突パターンの一つに、車両の斜め前方から障害物がぶつかるパターンがある。そのようなパターンで障害物が衝突すると、バッテリが、インバータの前方の角部であってバッテリと対向する角部にぶつかってくる。上記した保護構造を、インバータの前方の角部であってバッテリと対向する角部に適用すると、上記のパターンの衝突からインバータを保護することができる。なお、「電気自動車」との用語は、走行用のモータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車を含むことに留意されたい。

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

エンジンコンパートメント内部のデバイスレイアウトを示す模式的斜視図である。 エンジンコンパートメント内部のデバイスレイアウトを示す模式的平面図である。 インバータとサブバッテリのレイアウトを示す斜視図である。 プロテクタを装着したインバータの斜視図である。 プロテクタが回転したときの様子を説明する図である。 第２実施例の保護構造を説明する図である。 インバータとサブバッテリのレイアウトの変形例を示す斜視図である。

まず、車両のエンジンコンパートメント（フロントコンパートメント）内に搭載されるデバイス群のレイアウトの一例を説明する。図１は、車両１００のエンジンコンパートメント５内のデバイスレイアウトを示す模式的斜視図であり、図２は、模式的平面図である。なお、全ての図において、Ｘ軸が車両の前方に対応し、Ｙ軸が車両の横方向に対応し、Ｚ軸が車両の上方（鉛直上方）に対応する。

車両１００は、エンジンとモータを備えるハイブリッド車である。エンジンコンパートメント５内に搭載される主要なデバイスは、エンジン８、モータとプラネタリギアとデフを含むドライブトレイン６、サブバッテリ２、ラジエータ９、インバータ４である。その他、符号９２はリレーボックスを示し、符号９４はエアコンのコンプレッサを示す。エンジン８とドライブトレイン６は、車両のフレームを構成するサイドフレーム１２（サイドメンバ）に固定されている。ラジエータ９はフレームの一部を構成するフロントフレーム１４（フロントバンパリインフォースメント）に固定されている。また、サブバッテリ２は、スペーサ１３を介してサイドフレーム１２に固定される。

エンジンコンパートメント５内のサブバッテリ２は、１２Ｖの電圧を出力する。サブバッテリ２は、エアコンやワイパ、ヘッドライト、インバータ４内の電気回路へ電力を供給する。モータへの駆動電力を供給するメインバッテリは、エンジンコンパートメント５ではなく、リアコンパートメント（ラゲッジルーム）、あるいは、後部座席の下部に配置される。メインバッテリの出力は５０Ｖを超える。典型的には、メインバッテリの出力電圧は２００Ｖ程度である。一般に、モータ（車両駆動用モータ）へ供給する高電圧電力（５０Ｖを超える電圧）以外の低電圧電力（概ね５０Ｖ未満の電圧）を電気回路やパワステアリング等へ供給するサブバッテリ２は、アクセサリバッテリ、あるいは、auxiliary batteryと呼ばれることがある。

車両１００はハイブリッド車両であり、ドライブトレイン６の内部には、モータジェネレータとプラネタリギアとデフ（デファレンシャルギア）が備えられている。プラネタリギアは、エンジンの出力とモータの出力を切り換えてデフに伝達したり、あるいは両者を加えてデフに伝達する。ドライブトレイン６は、パワートレイン、あるいは、トランスアクスル（Ｔ／Ａ）と呼ばれることもある。

ドライブトレイン６内のモータを制御するためのインバータ４は、ドライブトレイン６の上面に固定されている。この配置は、インバータ４とドライブトレイン６内のモータとを連結する高電圧の導線の長さを短くできるという利点を有する。インバータ４は、メインバッテリから供給される電圧をモータ駆動に適した電圧に変換した後に交流に変換する。即ち、より詳しくは、インバータ４には、電圧コンバータ回路と、インバータ回路が備えられている。また、インバータ４は、ブレーキング時の減速エネルギを電気エネルギに変換する機能も備える。減速エネルギから得られる電力は回生エネルギと呼ばれる。回生エネルギは、メインバッテリに蓄えられる。インバータ４は、電圧コンバータ回路とインバータ回路と、回生エネルギを取得するための回路を含むので、電力コントローラと呼ばれることもある。

インバータ４内には、ＤＣＤＣコンバータ回路の出力やインバータ回路の出力を平滑化するコンデンサが内蔵されている。通常、そのようなコンデンサは、１００ファラド以上の容量を有する。さらに、インバータ４の内部には、衝撃を検知するとコンデンサを放電する緊急放電回路が備えられている。即ち、本明細書における「インバータ」とは、インバータ回路だけでなく、モータ制御に付随する付加的な回路を含んでよい。

このように、インバータ４には大容量の電力が蓄積されているため、衝突時の衝撃からできるだけ保護することが好ましい。サブバッテリ２と、上面にインバータ４が固定されたドライブトレイン６はエンジンコンパートメント５内で横に並んで配置されており、例えば、図２に示す矢印Ｆの方向から障害物が侵入してくると、サブバッテリ２がインバータ４と衝突する。そこで、インバータ４のケースの角部（サブバッテリ２に面している角部）にはプロテクタ２０が取り付けられている。

（第１実施例）プロテクタ２０を含む保護構造を説明する。図３は、インバータ４とサブバッテリ２のレイアウトを示す斜視図である。図４は、プロテクタ２０を取り付けたインバータ４の斜視図である。プロテクタ２０は、例えばアルミニウムで作られた金属板である。プロテクタ２０は、サブバッテリ２と面する角部であり、車両前側の角部４ｄを覆うように取り付けられる。角部４ｄは、インバータ４のケースの前面４ａ、側面４ｂ（サブバッテリ２に面する側面）、及び、上面４ｃが交差する頂点である。図４に示すように、プロテクタ２０は、サブバッテリ２に面する側面４ｂの２箇所（固定点２２）にてボルトで固定される。即ち、プロテクタ２０は、２点支持される。

インバータ４の別の面（ケースの前面４ａ）には、受け部３１が設けられている。受け部３１は、Ｌ型の突起（鉤状の突起）である。プロテクタ２０は、外側から力を受けると、２箇所の支持点２２を通る直線Ｐｖを軸として回転する。プロテクタ２０が回転すると、縁２０ａがちょうど受け部３１に引っ掛かる。図５に、プロテクタ２０が回転したときの様子を示す。直線Ｐｖは、図中の座標軸のＺ軸に沿って伸びている。矢印Ｆの方向から外力を受けると、プロテクタ２０はＸＹ平面内で回転する。そうすると、インバータ４の前面４ａに面していた縁２０ａ（プロテクタ２０の縁）が前面４ａに向かって移動し、受け部３１の窪みに当接する。図５に示すように、縁２０ａが受け部３１に引っ掛かると、プロテクタ２０は、２箇所の支持点２２と受け部３１の３点によって支持されることとなり、良く外力に抗する。こうして、インバータ４（特にケースの角部４ｄ）が衝撃から保護される。

上記したように、本明細書が開示する保護構造は、インバータ４のケースの角部４ｄを覆うプロテクタ２０と、インバータ４のケースに設けられた受け部３１で構成される。プロテクタ２０は、角部４ｄに隣接する第１の面（側面４ｂ）に２箇所（固定点２２）で固定される。受け部３１は、角部４ｄに隣接する第２の面（前面４ａ）に、２箇所の固定点２２を結ぶ直線Ｐｖの周りにプロテクタ２０が回転したときにプロテクタの縁２０ａを受け止める位置に設けられる。

プロテクタ２０を支持する面は側面４ｂに限られない。また、受け部３１を設ける面は、前面４ａに限られない。プロテクタ２０を支持する面と受け部３１を設ける面は、保護すべき角部４ｄで交わる３面の中の２面であればよい。また、プロテクタ２０が保護すべき車載デバイスは、インバータ４に限られない。別言すれば、本明細書が開示する保護構造は、車載デバイスの保護すべき角部を覆うプロテクタを含んでおり、そのプロテクタは、車載デバイスのケースの角部に接する第１の面に２箇所で固定される。車載デバイスのケースの第２の面であって角部と第１の面の双方に接する第２の面に、プロテクタが回転したときにプロテクタのエッジを受ける受け部が設けられている。また、受け部３１は突起に限られず、プロテクタの縁が嵌る溝であってもよい。次に、受け部３１として溝を採用した第２実施例を説明する。

（第２実施例）図６に、第２実施例の保護構造を示す。プロテクタ１２０は、第１実施例と同様に、インバータ４の角部４ｄを保護する。プロテクタ１２０は、インバータ４の前面４ａ（第１の面）に、２箇所でボルトにて固定される（固定点２２）。プロテクタ１２０に外力が作用すると、プロテクタ１２０は、２箇所の固定点２２を結ぶ直線Ｐｖを軸として回転する。インバータ４の側面４ｂ（第２の面）には受け部１３１が設けられている。受け部１３１は、側面４ｂに設けられた溝である。受け部１３１に対応して、プロテクタ１２０の縁には突起１２０ａが設けられている。プロテクタ１２０が直線Ｐｖを軸にして回転すると、突起１２０ａが受け部１３１に嵌る。そうすると、プロテクタ１２０は、２箇所の固定点２２と受け部１３１によって３点支持され、角部４ｄを強固に保護する。

実施例の保護構造の利点を説明する。プロテクタは、車載機器の一つの面に２箇所で固定される。車両を組み立てる作業者は、複数の面に対して作業をすることなく、その一つの面に向かって、プロテクタを組み付ける作業だけで済む。本明細書が開示する保護構造は組み付け作業性が良い。また、３箇所以上で固定する場合はプロテクタの位置合わせが大変であるが、２箇所のみでの固定の場合、位置合わせが格段に容易となる。例えば、３箇所以上でボルト留めする場合、プロテクタに設けられるボルト孔には、大きな位置公差を確保しなければならない。即ち、ボルトの直径よりもずっと大きな孔を形成しなければならない。２箇所で留めたときにプロテクタの位置が固定され、残り一つの孔の位置を調整することができないからである。また、ボルトの直径よりもずっと大きな孔にてボルト留めすると、強度が低下してしまう虞がある。これに対して２箇所のみでプロテクタを固定する場合、ボルト孔の位置公差は小さくてよい。プロテクタは、外力が加わると回転し、縁が受け部に当接し、その結果、２箇所の固定点と受け部の３箇所でしっかりと支持され、外力から角部を保護する。

（変形例）プロテクタを含むインバータ（車載機器）のレイアウトの変形例を説明する。図７に、プロテクタを備えた車載機器のエンジンコンパートメント内でのレイアウトの変形例を示す。プロテクタ２２０は、ドライブトレイン２０６に内蔵されたモータ（不図示）に電力を供給するインバータ２０４の角部をカバーする。ドライブトレイン２０６は、通称複軸タイプと呼ばれるハイブリッド用トランスアクスルである。このドライブトレイン２０６は、２個のモータ（あるいはモータジェネレータ）とデフギアを内蔵する。２個のモータの主軸２０６ａ、２０６ｂと、デブの軸２０６ｃは、平行に伸びている。また、図１に示されている座標系と図７に示されている座標系から明らかなとおり、ドライブトレイン２０６は、それら軸２０６ａ、２０６ｂ、及び、２０６ｃが、車両の横方向（Ｙ軸方向）に伸びるように配置される。図７に示す通り、ドライブトレイン２０６は、側面から見て（Ｙ軸方向から見て）、前下がりの上面を有している、この前下がりの上面は、３本の軸２０６ａ、２０６ｂ、及び、２０６ｃを有する複軸タイプのドライブトレインに特有である。

インバータ２０４は、前下がりの上面に固定される。即ち、インバータ２０４は、前側が後側よりも低く、前傾にて配置される。インバータ２０４の前上部の角部がサブバッテリ２の側面に面している。プロテクタ２２０は、この前上部の角部を覆うようにインバータ２０４に取り付けられている。車両が衝突したとき、インバータ２０４の前上部の角部がサブバッテリ２にぶつかる。前上部の角部に取り付けられたプロテクタ２２０がインバータ２０４を保護する。

本明細書が開示する技術に関する留意点を述べる。プロテクタは、インバータの一面に連続する別の機器の面に固定されてもよい。例えば、図１−図３から理解されるように、インバータ４の側面４ｂとドライブトレイン６の側面は一つの平面上で繋がっている。従って、プロテクタを固定するという観点においては、ドライブトレイン６の側面は、実質的に、インバータ４の側面と同等である。プロテクタは、インバータ４の一つの面と、その一つの面と平面上で繋がっている別の面に固定されていてもよい。別言すれば、本明細書が開示する保護構造におけるプロテクタは、車載機器の角部に隣接する第１の面（第１の面と平面上で繋がっている別の機器の側面を含む）に２箇所で固定されていればよい。

実施例のプロテクタは、一つの面上に２箇所で固定された。プロテクタは、２箇所で固定されることが最も好ましいが、一直線上に並ぶ複数の位置で固定されてもよい。例えば、図４において、プロテクタ２０は、直線ＰＶ上に並ぶ３個以上の位置で固定されていてもよい。また、例えば、図６において、プロテクタ１２０は、直線ＰＶ上に並ぶ３個以上の位置で固定されていてもよい。

受け部の形状は、突起と溝に限られてない、受け部は、プロテクタのエッジが滑ることなく係止できる形状であればよい。受け部は、例えばフックであってもよい。

プロテクタはアルミ以外の金属でできていてもよい。例えば、プロテクタはチタン合金でできているとよい。プロテクタは、金属でなくともよい。プロテクタは、例えば、炭素繊維強化プラスチックで作られていてもよい。

本発明の代表的かつ非限定的な具体例について、図面を参照して詳細に説明した。この詳細な説明は、本発明の好ましい例を実施するための詳細を当業者に示すことを単純に意図しており、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。また、開示された追加的な特徴ならびに発明は、さらに改善された保護構造を提供するために、他の特徴や発明とは別に、又は共に用いることができる。

また、上記の詳細な説明で開示された特徴や工程の組み合わせは、最も広い意味において本発明を実施する際に必須のものではなく、特に本発明の代表的な具体例を説明するためにのみ記載されるものである。さらに、上記の代表的な具体例の様々な特徴、ならびに、独立及び従属クレームに記載されるものの様々な特徴は、本発明の追加的かつ有用な実施形態を提供するにあたって、ここに記載される具体例のとおりに、あるいは列挙された順番のとおりに組合せなければならないものではない。

本明細書及び／又はクレームに記載された全ての特徴は、実施例及び／又はクレームに記載された特徴の構成とは別に、出願当初の開示ならびにクレームされた特定事項に対する限定として、個別に、かつ互いに独立して開示されることを意図するものである。さらに、全ての数値範囲及びグループ又は集団に関する記載は、出願当初の開示ならびにクレームされた特定事項に対する限定として、それらの中間の構成を開示する意図を持ってなされている。

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。

Claims (3)

1. エンジンコンパートメント内でバッテリと横に並んで配置されたドライブトレインの上面に固定されたインバータを保護する構造であり、
   インバータの前方の角部であってバッテリと対向する角部を覆うプロテクタを備えており、
   前記プロテクタは、角部に隣接する第１の面に一直線上にならぶ少なくとも２箇所で固定されており、
   角部に隣接するインバータの第２の面に、前記少なくとも２箇所の固定点を通る前記直線の周りにプロテクタが回転したときにプロテクタの縁を受け止める受け部が設けられていることを特徴とするインバータの保護構造。
2. 前記受け部は、前記少なくとも２箇所の固定点を通る前記直線の周りにプロテクタが回転し、プロテクタの縁が受け部に受け止められたときに、プロテクタに加わっている外力を受け止めることを特徴とする請求項１に記載の保護構造。
3. 前記受け部は、前記第２の面から突出する突起、又は、第２の面に設けられた溝であって、回転したプロテクタの縁が引っ掛かる構造を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の保護構造。

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