JP5874838B2 - 電動車両用強電ユニットの搭載構造 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両に搭載される強電ユニットの搭載構造に関する。

電動モータのみを駆動源とする電動車両や、電動モータと内燃機関を駆動源として併せ持つハイブリッド車両は、強電ユニットとして、電動モータと、電動モータを駆動制御するインバータとを備える。ＪＰ２００９−２０１２１８Ａには、インバータを収容するインバータケースが、モータを収容するモータケースの上側に配置されて機電一体ユニットを形成し、この機電一体ユニットが、モータケースに設けられた車体固定部で車体に固定される構造が記載されている。このように強電ユニットを車両上下方向に並べて配置すると、車両の前後方向や左右方向に並べて配置する場合に比べて、モータルーム内のスペース確保がし易いという利点がある。

ところで、車両が衝突した場合、機電一体ユニットは慣性力によって車体固定部を中心とした回転運動をすることになる。このとき、上記のようにインバータケースとモータケースが上下方向に並んで配置されていると、車幅方向に並んで配置されている場合と比較して、車体固定部からインバータケースの重心までの距離が長くなるので、車両衝突時にインバータケースに作用する慣性モーメントが大きくなる。そして、インバータケースに作用する慣性モーメントが大きくなるほど、インバータケースがモータルーム内の他の部品等に衝突した場合の衝撃荷重は大きくなり、インバータケースが破損する可能性が高くなる。

本発明の目的は、電動車両用の強電ユニットを、車両が衝突した場合の強電ユニットへの衝撃荷重を低減し、強電ユニットの破損を防止し得るように搭載することである。

本発明のある態様によれば、車体に固定するための車体固定部を車幅方向の両端に有する第１強電ユニットと、第１強電ユニットの車両上下方向上側に並んで配置される第２強電ユニットとを備え、第２強電ユニットは、第２強電ユニットに含まれる強電重量部品が車両上下方向最下面よりに配置される。

図１Ａは、第１実施形態に係る電動車両用強電ユニットの搭載構造の側面図である。 図１Ｂは、第１実施形態に係る電動車両用強電ユニットの搭載構造の正面図である。 図２Ａは、従来の機電一体構造の正面図である。 図２Ｂは、本実施形態の機電一体構造の正面図である。 図３Ａは、図１Ｂと同様の機電一体構成を示す図である。 図３Ｂは、インバータの凸部の他の例を示す図である。 図３Ｃは、インバータの凸部のさらに他の例を示す図である。 図４は第２実施形態に係る電動車両用強電ユニットの搭載構造の正面図である。 図５Ａは、インバータが凸部を有する場合の最下面を示した図である。 図５Ｂは、インバータの下面が平板である場合の最下面について示した図である。 図６Ａは、第３実施形態に係る電動車両用強電ユニットの搭載構造の正面図である。 図６Ｂは、図６Ａの領域Ａの拡大図である。 図７は、衝突時の機電一体構成の状態を示す側面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る電動車両用強電ユニットの搭載構造を車幅方向から見た図（側面図）、図１Ｂは同じく車両前方から見た図（正面図）である。なお、図１Ａにおいては、図面左側が車両前方である。

第１強電ユニットとしての電動モータ２は、例えば永久磁石式同期モータであり、車幅方向にのびる円筒構造のハウジング３と、ハウジング３の車幅方向両端に配置されるインバータ固定部４とを含んで構成される。そして、電動モータ２は車幅方向の両端に設けたマウント５を介して車両に固定される。

第２強電ユニットとしてのインバータ１は、後述するパワーモジュール７及び平滑コンデンサ８等の強電部品と、これらを収容するインバータケース９と、平板構造の冷却器６とを含んで構成され、電動モータ２に三相電流を出力する。そして、インバータ１は電動モータ２の上部に設置される。なお、インバータ１と電動モータ２は、ボルト締結されている。また、冷却器６はインバータケース９の上部にボルト締結されている。

インバータケース９の内部には、例えば図１Ｂに示すように、強電部品の中で相対的に質量が大きい部品（強電重量部品）であるパワーモジュール７及び平滑コンデンサ８が、車両正面から見て左右のインバータ固定部４の間に収まるように、ボルト締結により固定されている。

また、インバータ１の下面１Ｂは、一部が車両上下方向下側に突出した凸部１Ａとなっており、この凸部１Ａが、電動モータ２の２つのインバータ固定部４の間に形成された凹部２Ａと係合し、インバータ１と電動モータ２は一体的な構成となっている。

図２はインバータ１の低重心化について説明するための図であり、図２Ａは下面が平板のインバータ１と電動モータ２との組み合わせ、図２Ｂは本実施形態のインバータ１と電動モータ２との組み合わせを示している。

電動モータ２には、従来から左右のインバータ固定部４の間であってハウジング３の上部にあたる部分にスペース（凹部２Ａ）が空いていた。このような電動モータ２の上部にインバータ１を配置する場合に、インバータ１の底面が平板であれば、図２Ａに示すように凹部２Ａが空いたままとなる。

これに対して、インバータ１の下面１Ｂに凹部２Ａに係合する凸部１Ａを設けると、図２Ａのインバータ１と同等の容積を維持しながらも、凹部２Ａ内に収容される分だけ（図中のｈ）、電動モータ２とインバータ１の機電一体構成の車両上下方向高さを低くすることができる。すなわち、電動モータ２とインバータ１を一体構成としたときのインバータ１の重心位置を、図２Ａのようにインバータ１の底面が平板の場合に比べて低くすることができる。

また、本実施形態では、インバータ１に含まれる強電部品のうち、最も質量が大きい平滑コンデンサ８の一部が、凸部１Ａ内に収まるように配置されている。これによって、上記の重心位置を低くする効果がより大きくなる。

なお、パワーモジュール７及び平滑コンデンサ８はインバータ１の上面に配置されており、上面は水平な平板構造となっている。これにより、平板構造の冷却器６をインバータ１の上部に搭載した場合に、２つのマウント５を結ぶ直線から冷却器６までの高さを一定に保つことができる。

上記のようなインバータ１及び電動モータ２の搭載構造の作用効果について説明する。

車両が衝突した場合を考える。例えば、車両が前面から衝突した場合には、インバータ１及び電動モータ２は、慣性力によって、２つのマウント５を結ぶ直線を回転軸として図中反時計回りに回転する。つまり、インバータ１及び電動モータ２は車両前方側に傾く。そして、インバータ１及び電動モータ２が傾くことで、これらより車両前方側にある車体構造部品、例えばラジエータコア等、と衝突するおそれがある。

車体構造部品との衝突時の衝撃は、インバータ１及び電動モータ２の慣性モーメントが大きいほど大きくなる。本実施形態では、２つのマウント５を結ぶ回転軸（以下、単に「回転軸」という）からインバータ１の重心までの距離がより短くなるように、インバータケース９を構成したり平滑コンデンサ８を配置したりしている。これにより、インバータ１の慣性モーメントを低下させて、衝撃を緩和することができ、衝突時の衝撃荷重によるインバータ１等の破損を防止できる。

また、インバータ１の上面を平板構造にし、その上に平板状の冷却器６を固定することで、回転軸から冷却器６までの距離が一定になり、冷却器６を配置することによる慣性モーメントの増大を抑制できる。

図３Ａは、図１Ｂ等のインバータ１と電動モータ２を抜き出したものである。すなわち、凸部１Ａが、その車幅方向の中央がインバータケース９の車幅方向の中央と一致するように設けられている。また、凹部２Ａも、その車幅方向の中央が電動モータ２の車幅方向の中央と一致するように設けられており、凸部１Ａと凹部２Ａの車幅方向の中央も一致している。凸部１Ａを設けることによる上記効果は、このような構成に限られるわけではない。例えば、図３Ｂ、図３Ｃのように、凸部１Ａがインバータケース９の車幅方向の中央からずれた位置に設けられたものであっても、車両上下方向下向きの凸部１Ａを設けることによる、低重心化の効果は得られる。ただし、図３Ａの構成によれば、回転軸の車幅方向の各部からインバータ１の重心までの距離を均等に短くすることができ、衝突時の慣性モーメントをより小さくすることができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る電動車両用強電ユニットの搭載構造を車両正面から見た図である。

本実施形態は、凸部１Ａの車幅方向の中央とインバータ１の車幅方向の中央が一致する点は第１実施形態と同じだが、パワーモジュール７及び平滑コンデンサ８の配置が第１実施形態と異なる。具体的には、インバータ１に含まれる強電部品のうち最も質量が大きい平滑コンデンサ８を凸部１Ａの底面、つまりインバータ１の最下面１Ｂに配置し、その上にパワーモジュール７を配置している。また、平滑コンデンサ８は、車幅方向の中央が凸部１Ａの車幅方向の中央と一致するように配置される。

換言すると、インバータ１に含まれる強電部品のうち質量が最も大きい平滑コンデンサ８が、回転軸に最も近い位置に配置され、その次に質量が大きいパワーモジュール７が、平滑コンデンサ８の次に回転軸に近い位置に配置される。

上記構成による作用効果について説明する。

インバータ１に含まれる強電部品のうち最も質量が大きい平滑コンデンサ８を凸部１Ａの最下面１Ｂに配置することで、インバータ１の重心位置を低くすることができる。その結果、衝突時の慣性モーメントが低減し、衝撃が緩和されてインバータ１の破損を防止できる。

また、平滑コンデンサ８を、その車幅方向の中央が凸部１Ａの車幅方向の中央と一致するように配置することで、回転軸の車幅方向の各部からインバータ１の重心までの距離を均等に短くすることができる。その結果、衝突時のインバータ１の慣性モーメントをより小さくすることができる。

また、インバータ１に含まれる強電部品のうち最も質量の大きい平滑コンデンサ８と、次に質量の大きいパワーモジュール７を、質量の大きいものほど回転軸の近くに配置することで、衝突時の慣性モーメントを効果的に低減することができる。

なお、インバータ１に含まれる強電部品のうち相対的に質量が大きいものを凸部１Ａの最下面１Ｂに配置する例を説明したが、これに限られるわけではない。図５Ａは上記と同様に、インバータ１の最下面が凸部１Ａの最下面１Ｂであり、その最下面１Ｂに平滑コンデンサ８を配置したものである。一方、図５Ｂはインバータ１の下面に凸部１Ａがない場合について示したものである。凸部１Ａが無いため、インバータ１の最下面１Ｂは電動モータ２の上面と接する面になる。この場合でも、平滑コンデンサ８をインバータ１の最下面１Ｂに配置することで、インバータ１の重心位置は下がるので、衝突時の慣性モーメントを低減することはできる。なお、平滑コンデンサ８を配置する位置はインバータ１の最下面１Ｂに限られるわけではなく、インバータ１の重心位置を低下させることができる位置であればよい。例えば、最下面１Ｂよりの位置、つまり最上面よりは最下面１Ｂに近い位置であれば、最下面１Ｂに配置する場合に比べれば効果は小さくなるものの、重心を下げることはできる。

（第３実施形態）
図６Ａは、本発明の第３実施形態に係る電動車両用強電ユニットの搭載構造を車両正面から見た図である。図６Ｂは、図６Ａの破線で囲んだ領域Ａの拡大図である。

本実施形態では、インバータ１に含まれる強電部品のうち相対的に質量の大きな平滑コンデンサ８及びパワーモジュール７を、回転軸の直上に配置されている。一方、質量の小さい基板１０は、平滑コンデンサ８等に比べて回転軸から離れた車両前後方向後方側に配置されている。

なお、平滑コンデンサ８がインバータ１の最下面１Ｂに配置され、その上にパワーモジュール７が配置される点は第２実施形態と同様である。

また、図６Ｂに示すように、インバータ１に含まれる冷却器６の車両前後方向前側の面の上端付近には、傾斜面１１が設けられている。傾斜面１１の傾斜角度θ１は、図７に示すように、車両が前方から衝突した場合にインバータ１及び電動モータ２が一体となって回転軸まわりに回転するときの回転角度θ２と同じ大きさに設定する。

上記構成による作用効果について説明する。

インバータ１に含まれる強電ユニットのうち最も重い平滑コンデンサ８と、その次に重いパワーモジュール７を回転軸の直上に配置することで、インバータ１の重心が回転軸に近づく。つまり、インバータ１の重心と回転軸とが近づき、衝突時の慣性モーメントを低減することができる。

上述したように、車両衝突時にはインバータ１と電動モータ２は一体となって回転軸まわりに回転する。このときの回転角度θ２は慣性モーメントの大きさにより決まる。

つまり、回転角度θ２だけ傾いた状態でラジエータコア等といった車両前方側に配置された車体構造部品と衝突することになる。ここで、回転角度θ２だけ傾いたときに、傾斜面１１が車両上下方向と一致するような傾斜角θ１を設定すれば、インバータ１は車体構造部品と傾斜面１１で衝突することになる。このように衝突時の衝撃荷重を面で受けることにより、インバータ１にかかる衝撃荷重（面圧）が低下し、衝撃を緩和することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

本願は２０１２年９月１９日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−２０５８８９に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (12)

1. 車体に固定するための車体固定部を車幅方向の両端に有する第１強電ユニットと、
   前記第１強電ユニットの車両上下方向上側に並んで配置される第２強電ユニットと、
   を備え、
   前記第１強電ユニットは、車両上下方向上側の面に凹部を有し、
   前記第２強電ユニットは、前記第２強電ユニットに含まれる強電重量部品が、車両上下方向最下面よりに配置され、かつ、車両上下方向下側の面に凸部を有し、
   前記凹部に前記凸部が収容された状態で前記第１強電ユニットと前記第２強電ユニットとが一体的に構成される電動車両用強電ユニットの搭載構造。
2. 請求項１に記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
   前記凸部の車幅方向の中央と前記第２強電ユニットの車幅方向の中央とが一致し、
   前記第２強電ユニットに含まれる強電重量部品は、その車幅方向の中央が前記凸部の車幅方向の中央と一致するように配置されている電動車両用強電ユニットの搭載構造。
3. 請求項１に記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
   前記凸部の車幅方向の中央と前記第２強電ユニットの車幅方向の中央とが一致し、
   前記凹部の車幅方向の中央と前記第１強電ユニットの車幅方向の中央とが一致し、
   前記凹部と前記凸部は、それぞれの車幅方向の中央が一致する電動車両用強電ユニットの搭載構造。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
   前記第２強電ユニットに含まれる強電重量部品が、少なくともその一部が前記凸部の内部に入るよう配置されている電動車両用強電ユニットの搭載構造。
5. 請求項１に記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
   前記第２強電ユニットに含まれる強電重量部品は、質量が大きいものほど、前記第２強電ユニット内の前記第１強電ユニットと前記第２強電ユニットとが一体となった状態で前記２つの車体固定部を結んだ軸線により近い位置に配置される電動車両用強電ユニットの搭載構造。
6. 請求項５に記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
   前記第２強電ユニットに含まれる強電重量部品としての平滑コンデンサが前記軸線の最も近くに配置される電動車両用強電ユニットの搭載構造。
7. 請求項１に記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
   前記第２強電ユニットに含まれる強電重量部品のなかで質量が大きいものが、前記第１強電ユニットと前記第２強電ユニットとが一体となった状態で前記２つの車体固定部を結んだ軸線の直上に配置される電動車両用強電ユニットの搭載構造。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
   前記第２強電ユニットの車両前後方向前側の面は、少なくとも上端側の一部に傾斜面を有する電動車両用強電ユニットの搭載構造。
9. 請求項８に記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
   前記車両上下方向に対する前記傾斜面の傾斜角度が、車両が前方から衝突した場合に前記第１強電ユニット及び前記第２強電ユニットが一体となって、前記第１強電ユニットと前記第２強電ユニットとが一体となった状態で前記２つの車体固定部を結んだ軸線周りに回転するときの回転角度と一致する電動車両用強電ユニットの搭載構造。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
    前記第２強電ユニットの強電重量部品が配置される部位が水平な平板構造になっている電動車両用強電ユニットの搭載構造。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
    前記第１強電ユニットは車両駆動用のモータ、前記第２強電ユニットは前記モータを駆動するインバータである電動車両用強電ユニットの搭載構造。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載の電動車両用強電ユニットの搭載構造において、
    前記強電重量部品は平滑コンデンサである電動車両用強電ユニットの搭載構造。

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