JP6107711B2 - インバータの車載構造 - Google Patents

Description

本発明は、走行用のモータに電力を供給するインバータのフロントコンパートメントへの搭載構造に関する。

電動車両は、高電圧のバッテリ電力を交流に変換して走行用のモータに供給するインバータを備える。高電圧のパワーケーブルは短い方が良いので、前輪駆動の車両では、インバータはモータとともにフロントコンパートメントに搭載されることが多い。インバータは、高電圧を扱う部品（高電圧部品）を多く収容するため、衝突の衝撃でそれら高電圧部品がボデーなどの他の金属部と接触しないように耐衝撃特性が求められる。

フロントコンパートメントに搭載されるインバータの耐衝撃特性を高める技術が例えば特許文献１−３で提案されている。特許文献１は、インバータのケースが破損してもケース内部の高電圧部品が露出し難い構造を提供する。特許文献２の技術は、インバータのケースにおいて衝撃を受ける可能性が高い位置に張出部を設ける。張出部が衝撃を吸収しケース内部の高電圧部品を保護する。特許文献３には、インバータの保護だけでなく、インバータとモータを接続するハーネス（パワーケーブル）の破断を防止する技術が開示されている。

特開２０１３−１９３６５２号公報 特開２００４−１７５３０１号公報 特開２００１−０９７０５２号公報

インバータの耐衝撃性の確保が重要である一方、フロントコンパートメントには様々な部品が搭載されるため、インバータを如何に狭い空間に収めるかという点も重要である。本明細書は、フロントコンパートメントに特有の構造を利用し、空間効率の良いインバータのレイアウトと、インバータの耐衝撃性の両立を図る技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、フロントコンパートメントにおけるサスペンションタワー（以下、「サスタワー」と称する）とダッシュパネルの間の空間に着目する。そこには、上方には比較的に広い空間が存在するが、サスタワーの下方にはフロントタイヤを覆うホイールエプロンが続いているため、サスタワーとダッシュパネルの間の空間は下方に向かうにつれて狭くなる。そこで、本明細書が開示する技術では、インバータをその空間に収めるべく、インバータのケースにおいて車両前方を向く面を、ホイールエプロンと対向する位置で段差状に窪ませる。別言すれば、インバータのケースの前面の下部が車両後方に逆Ｌ字型に窪んでいる。なお、インバータのケースの前面下部は、階段状に複数回にわたって窪んでいてもよい。

ケースを上記の形状とすることで、インバータを、サスタワーとダッシュパネルの間の下方ほど狭くなる空間に配置できるようになる。一方、サスタワーの前方に相当する車両前角部に障害物が衝突した場合、サスタワー内の硬いサスペンションが後方に移動しインバータケースと衝突する虞がある。インバータケースの前面下部がＬ字状に窪んでいると、サスペンションが衝突した際、段差の車両方向側の角部（ケース前面の段差において下方を向く面とこの面の車両後方側の縁に続いて垂直に下方に伸びる面との境界）に応力が集中する。この応力集中に対抗するため、窪みの車両後方側の角部のケース厚みを他の部位のケース厚みよりも厚くする。こうして、衝突に耐え得るようにケースの強度を高める。

本明細書が開示するインバータ車載構造の一実施形態は、走行用モータに電力を供給するインバータを、車両前後方向に沿ってサスタワーとダッシュパネルの間の空間に配置する。その空間の下方前方にはホイールエプロンが後方に突き出しているので、インバータのケースの車両前方を向く面を、ホイールエプロンと対向する位置で段差状に窪ませる。同時に、段差の車両後方側の角部におけるケース厚みを他の部位のケース厚みよりも大きくする。衝突時のサスペンションとの干渉により応力が集中する部位のケース厚みを大きくすることで、衝突の衝撃にケースが耐え得るようにする。なお、角部に丸みを付けてその厚みを増すことが望ましい。角部に丸みを付けることで応力集中が緩和されるからである。

本明細書が開示する技術は、空間効率が良く、耐衝撃性にも優れたインバータの車載構造を提供する。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。

フロントコンパートメントにおけるインバータのレイアウトを示す平面図である。 図１のII−II線における断面図である。 図２の符号IIIが示す範囲の拡大図である。

図面を参照して実施例の車載構造を説明する。図１は、電動車両２のフロントコンパートメントを上方から見た平面図である。なお、フロントコンパートメントには様々なデバイスが搭載されるが、図１ではサスタワー５とインバータ１０と駆動ユニット２６以外は図示を省略している。図１において、Ｘ軸が車両の前後方向を表している。Ｘ軸の正方向が前方であり、「ＦＲＯＮＴ」と記した箇所が車両前端である。符号２９はヘッドライトを示している。Ｙ軸が車両の横方向（車幅方向）を表しており、Ｚ軸が上下方向を表している。

符号３が示す空間がフロントコンパートメントである。フロントコンパートメント３は、側方と前方がボデー４で囲まれており、後方はダッシュパネル６で仕切られている。ダッシュパネル６の後は人が乗るキャビンスペース８である。車体の強度は、車両前後方向に伸びる２本のサイドフレーム２７と、車幅方向に伸びるクロスメンバ２８で確保される。図１に示すように平面視でみると、サイドフレーム２７とクロスメンバ２８はフロントコンパートメント３を通る。体格が大きく重量も大きい駆動ユニット２６は２本のサイドフレーム２７とクロスメンバ２８にゴムブッシュ（不図示）を介して支持されている。駆動ユニット２６は、走行用のモータとエンジンとトランスミッションを含むユニットである。

走行用のモータ（不図示）に交流電力を供給するインバータ１０は、車両右側（図１の紙面左側）のサスタワー５とダッシュパネル６の間に配置されている。支持構造の図示は省略するが、インバータ１０は、サスタワー５とダッシュパネル６ボデー４に支持されている。インバータ１０は、車両後方に搭載されたバッテリ（不図示）の直流電力を交流に変換して走行用のモータに供給する。バッテリの電圧は数百ボルトであり、また、電流は数十アンペアに達する。インバータ１０に収容されるデバイスは、そのような高電圧大電流を扱うので、電気的には車両のボデー等から絶縁されている。インバータ１０のケース自体も、上記高電圧デバイスからは絶縁されている。

車両が衝突した際にその絶縁が破壊されないように、インバータ１０には耐衝撃性が求められる。図１にて符号Ａが示す範囲にも空間が存在するが、この範囲は、車両斜め前方から障害物が衝突したときに大きな衝撃が加わる箇所であり、ここにインバータ１０を配置することは好ましくない。図１のレイアウトでは、インバータ１０はサスタワー５の後方であり、斜め前方の衝突に対してはサスタワー５、及び、その内部のサスペンション（不図示）が緩衝材となってインバータ１０への衝撃が緩和され得る。但し、衝撃が大きいと、サスペンションが後方へ移動し、インバータ１０と衝突する可能性がある。インバータ１０のケースは、そのような衝突に耐え得るように、次に説明する構造を有している。

図１のII−II線における断面を図２に示す。なお、インバータ１０の内部の部品は図示を省略している。サスタワー５の内部にはサスペンション２１が配置されている。サスペンション２１は、車幅方向に伸びるアッパーアーム２４とロアアーム２２に支持されている。サスペンション２１の下端に車軸２５が位置しており、その車軸２５にはタイヤ２３が連結している。サスタワー５の下方はホイールエプロン７に繋がっている。ホイールエプロン７は、概ね半円状にタイヤ２３を覆っている。図２に良く示されているように、下方へ行くほどホイールエプロン７が車両後方に拡がるので、サスタワー５とダッシュパネル６の間の空間は下方へ行くほど狭くなっている。その空間形状に合わせるように、インバータ１０のケースは、車両前方を向く面１４がホイールエプロン７と対向する位置で逆Ｌ字型に段差状に窪んでいる（窪み１３）。図２に示すように、ケースの前面１４は２段階に段差状に窪んでいる。

図２において符号IIIが示す破線の範囲の拡大図を図３に示す。インバータ１０のケースの前面１４の窪み１３は、下方を向く第１面１５と、第１面の後縁に続き、垂直に下方に伸びる第２面１６で構成される。第１面１５と第２面１６が接続する角部１７（窪み１３の車両後方の角部）は半径Ｒの丸みが付けられている。ケースの厚みをＤａとすると、角部１７の斜め方向の厚みＤｂは√２Ｄａとなる。角部１７は半径Ｒの丸みを帯びており、その丸みの分の厚み増分Ｄｃは（√２−１）Ｒとなる。結局、角部１７におけるケース厚みは、Ｄｂ＋Ｄｃ＝√２Ｄａ＋（√２−１）Ｒとなる。ケースの厚みは全てＤａであり、角部１７以外の角部では丸みの半径はＲよりも小さい。従ってケース前面の段差１３の奥側の角部１７の厚みがケース全体で最も厚くなる。例えば、Ｄａ＝５ｍｍ、Ｒ＝５ｍｍとすると、ケースの他の部位の圧名Ｄａ＝５ｍｍに対して、角部１７の厚みは約９ｍｍとなる。

図１を参照して説明したように、車両の右斜め前方から障害物が衝突した場合、その衝撃でサスペンション２１が後方に移動し、インバータ１０の前面と衝突する虞がある。また、インバータ１０のケースは、ホイールエプロン７との干渉を避けるため、その前面１４の下部が車両後方に向かって窪んでいる。サスペンション２１がケースの前面１４に衝突すると、窪みの奥の角部１７に応力が集中する。この角部１７は半径Ｒで丸みが付けられている上にその丸みの分だけ厚みを増している。角部の丸みと厚み増分が応力集中を緩和する。

以上説明したように、実施例のインバータ車載構造は、インバータ１０のケース前面の下側を窪ませることにより、ホイールエプロン７と干渉することなく、車両前後方向に沿ってサスタワー５とダッシュパネル６の間に配置することができる。また、ケース前面の段差状の窪みの角部（下方を向く第１面１５とその第１面の後縁に続いて垂直下方に伸びる第２面１６との接合部）の厚みをケースの厚み全体の中で最も大きくすることにより、耐衝撃性を高めている。上記の構造は、インバータ搭載における空間効率と耐衝撃性の両方を兼ね備えている。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。本明細書が開示する技術は、走行用にモータを備える電気自動車、走行用にモータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車のいずれにも適用することができる。また、本明細書が開示する技術は、燃料電池車に適用することも可能である。

実施例の電動車両２では、車両右側のサスタワー５とダッシュパネル６の間にインバータ１０を配置した。インバータ１０は、車両左側のサスタワー５とダッシュパネル６の間に配置してもよい。

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。

２：電動車両
３：フロントコンパートメント
４：ボデー
５：サスペンションタワー
６：ダッシュパネル
７：ホイールエプロン
８：キャビンスペース
１０：インバータ
１３：段差
１４：前面
１５：第１面
１６：第２面
１７：角部
２１：サスペンション
２２：ロアアーム
２３：タイヤ
２４：アッパーアーム
２５：車軸
２６：駆動ユニット
２７：サイドフレーム
２８：クロスメンバ
２９：ヘッドライト

Claims (1)

1. 走行用のモータに電力を供給するインバータのフロントコンパートメントへの搭載構造であり、
   前記インバータは、サスペンションタワーとダッシュパネルの間に配置されており、
   前記インバータのケースは、車両前方を向く面がホイールエプロンと対向する位置で段差状に窪んでおり、段差の車両後方側の角部のケース厚みが他の部位のケース厚みよりも大きいことを特徴とするインバータの車載構造。

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