JP6500740B2 - 電力変換器の車載構造 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、電源電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器の車載構造に関する。

電動車両は電源電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器を搭載している。その電力変換器の内部部品には高電圧が印加される。そのため、電動車両が衝突時に電力変換器のケースがダメージを受けた場合に、内部部品がケースから露出することを防止する技術が求められる。その技術が、例えば、特許文献１に開示されている。

電力変換器は車両の前部空間に搭載されることが多い（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示される電動車両では、電力変換器のケースは、上面に開口が設けられているケース本体と、当該開口を塞いでいるケースカバーと、を備えている。ケースカバーは、ケース本体より伸び率が大きい金属材料から形成されており、ケースカバーの前端部に、ケース本体の側面の一部を覆う延長部が設けられている。電動車両が前方衝突する場合、この延長部によりケースが保護され、ケース内の高電圧部品が露出することが防止される。

また、特許文献２には、電力変換器がトランスアクスルの上方に支持されている車載構造が開示されている。電力変換器は、ブラケットによって、トランスアクスルとの間に隙間を有して支持されている。トランスアクスルにはモータが収容されている。また、その電力変換器のケースは、下方に開口しており、その開口がカバーで塞がれる構造を有している。

特開２０１３−１９３６５２号公報 特開２００７−２３７７９３号公報

本明細書は、特許文献２に開示された構造の場合、車両衝突時、衝突の衝撃によって変形したブラケットがカバーと干渉し、カバーまでが変形してケースの下側開口とカバーの間に隙間が生じてしまう虞がある。下側の開口とカバーとの間に隙間が生じるとケース内の高電圧部品が露出してしまう。本明細書は、特許文献２のごとく、下側の開口がカバーで覆われている電力変換器がブラケットによって下方に隙間を有して支持されている車載構造において、衝突時にブラケットとカバーの干渉により下側開口とカバーの間に隙間が生じることを防止する技術を提供する。

本明細書が開示する電力変換器の車載構造は、電源電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器を含む。電力変換器は、下方に開口しており、当該開口の周縁にフランジが設けられているケースと、フランジの下面に接しており、開口を塞いでいるカバーと、を備えている。電力変換器は、ブラケットによって、モータを格納するハウジングの上面との間に隙間を有して支持されており、ブラケットの一端は、フランジよりも上方でケースの側面に連結されており、他端はハウジングの上面に連結されている。そして、フランジは、ブラケットに対向する位置でカバーの外縁よりブラケットに近い位置まで突出している。

この構成によれば、フランジがブラケットに対向する位置でカバーの外縁よりもブラケットに近い位置まで突出しているので、電動車両が衝突する場合、フランジがブラケットに当接し、カバーはブラケットに当接しない。カバーはフランジの下面に接しているので、衝突の衝撃はフランジからカバーに伝達し、ブラケットから直接にカバーに作用しない。この結果、カバーがフランジから離れるように変形することが防止される。即ち、上記の電力変換器の車載構造は、電動車両が衝突する場合に、ケースとカバーの間に隙間が生じることを防止し、電力変換器から内部部品が露出することを防止し得る。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。

実施例の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配置を表す斜視図である。 実施例の電力変換器の車載構造の側面図である。 電力変換器の断面図である。 ハイブリッド車が前方衝突した場合に電力変換器が移動する状況を示した図である。

図面を参照して実施例の電力変換器の車載構造を説明する。実施例の車載構造１００は、走行用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車に適用される。図１に、ハイブリッド車のフロントコンパートメント５００内のデバイスレイアウトを示す。図１は、フロントコンパートメント５００の斜視図である。なお、図１では、フロントコンパートメント内のデバイスの形状は簡略化して表されている。また、図中のＸ軸が車両の前後方向を示し、Ｙ軸が車両の幅方向を示し、Ｚ軸が車両の上下方向を示す。特に、Ｘ軸正方向が、車両の前方向を示し、Ｘ軸負方向が、車両の後方向を示す。

フロントコンパートメント５００内には、複数のデバイスが搭載される。複数のデバイスは、２個のモータ６ａ、６ｂと、エンジン９６と、サブバッテリ９４と、ラジエータ９５と、電力変換器２と、リレーボックス９２と、エアコンのコンプレッサ９３を含む。モータ６ａ、６ｂは、走行用のモータである。また、モータ６ａ、６ｂは、エンジン９６の出力及びブレーキ時の減速エネルギ（回生エネルギ）により発電するジェネレータとして機能する場合もある。モータ６ａ、６ｂは、ハウジング５に格納されている。そのため、図１では、モータ６ａ、６ｂは、直接見えない。

電力変換器２は、メインバッテリ（不図示）からの電力をモータ６ａ及びモータ６ｂの駆動電力及びサブバッテリ９４の充電に適した電力に変換する変換器である。メインバッテリの出力電圧は１００Ｖ以上であり、サブバッテリ９４の出力電圧より大きい。サブバッテリ９４の出力電圧は、例えば、１２Ｖである。サブバッテリ９４は、ハイブリッド車に搭載される複数の補機に電力を供給するためのバッテリである。補機は、例えば、エアコン、カーステレオ、ルームランプ等である。また、電力変換器２は、モータ６ａ及びモータ６ｂで発生する電力をメインバッテリの充電に適した電力に変換する変換器として機能する場合もある。

電力変換器２は、フロントブラケット４とリアブラケット３によってハウジング５の上面５ａに支持されている。エンジン９６とハウジング５は、シャシのフレームを構成するサイドフレーム９１（いわゆる、サイドメンバ）に固定されている。サブバッテリ９４も、サイドフレーム９１に固定されている。

ハウジング５は、モータ６ａ、６ｂの他に、モータ及びエンジンの出力トルクを分配及び合成する動力分配機構、及び、デファレンシャルギアを格納している。ハウジング５は、いわゆるドライブトレインと呼ばれる装置のハウジングである。ドライブトレインは、パワートレイン、あるいは、トランスアクスルと呼ばれることもある。

良く知られているように、ハイブリッド車は、状況に応じて、エンジン９６と２個のモータ６ａ、６ｂのうちから駆動源を切り替える。例えば、大きな駆動力が必要な状況では、ハイブリッド車は、エンジン９６と２個のモータ６ａ、６ｂを駆動源として利用する。また、大きな駆動力が必要でない状況では、ハイブリッド車は、エンジン９６を駆動源として利用し、少なくとも１個のモータをエンジン９６の出力により発電するジェネレータとして利用する。また、ハイブリッド車は、エンジン９６を利用せず、少なくとも１個のモータを駆動源として利用する場合もある。この切り替えは、上記の動力分配機構により実現される。即ち、動力分配機構は、エンジン９６の出力トルクを分配し、デファレンシャルギア及び少なくとも１個のモータに伝達する場合もあり、エンジン９６及び２個のモータ６ａ、６ｂの出力トルクを合成しデファレンシャルギアに伝達する場合もある。

図２を参照して、電力変換器２の車載構造１００をさらに説明する。図２は、車両の幅方向（即ち、Ｙ軸方向）からハウジング５及び電力変換器２を見た側面図である。ドライブトレインは、複軸横置きタイプであり、３本の主軸７ａ、７ｂ、７ｃを含む。主軸７ａ、７ｂ、７ｃは、それぞれ、２個のモータ６ａ、６ｂ、デフギアの主軸である。３本の主軸７ａ、７ｂ、７ｃは、幅方向に平行に延びている。そのため、ドライブトレインのハウジング５の上面５ａは前傾している。電力変換器２は、ハウジング５の上面５ａに沿って、前傾姿勢でハウジング５に支持されている。

電力変換器２は、フロントブラケット４とリアブラケット３によって、ハウジング５の上面５ａとの間に隙間を有して、ハウジング５に支持されている。フロントブラケット４とリアブラケット３は、例えば鉄で作られている。フロントブラケット４の一端は、ボルト４１によって電力変換器２の前面に連結されており、他端は、ボルト４２によってハウジング５の上面５ａに連結されている。リアブラケット３の一端は、ボルト３１によって電力変換器２の後面に連結されており、他端は、ボルト３２によってハウジング５の上面５ａに連結されている。

電力変換器２は、メインバッテリ（不図示）から延びるパワーケーブル８を接続するためのメインコネクタ２３を備えている。また、電力変換器２は、２個のモータ６ａ、６ｂのそれぞれから延びるパワーケーブル（不図示）を接続するためのモータコネクタ、及び、サブバッテリ９４から延びるパワーケーブル（不図示）を接続するためのサブコネクタも備えている。図２では、モータコネクタ及びサブコネクタの図示を省略している。後述する図３、図４も同様である。

図３を参照して、電力変換器２の構造について説明する。図３は、電力変換器２のＸＺ平面に沿った断面図である。電力変換器２は、ケース２１と、アンダーカバー２２と、インバータ２５と、ＤＣＤＣコンバータ２６を備える。インバータ２５は、メインコネクタ２３を介して、メインバッテリに接続されており、モータコネクタを介して、２個のモータ６ａ、６ｂに接続されている。インバータ２５は、メインバッテリから供給される直流電力を、モータ６ａ、６ｂの駆動に適した交流電力に変換し、この交流電力をモータ６ａ、６ｂに供給する。さらに、インバータ２５は、モータ６ａ、６ｂで発生した交流電力をメインバッテリの充電に適した直流電力に変換し、この直流電力をメインバッテリに供給する場合もある。一方、ＤＣＤＣコンバータ２６は、メインコネクタ２３を介して、メインバッテリに接続されており、サブコネクタを介して、サブバッテリ９４に接続されている。ＤＣＤＣコンバータ２６は、メインバッテリの出力電圧を降圧し、降圧後の直流電力をサブバッテリ９４に供給する。

ケース２１は、下方に開口している。ケース２１の開口２１ａの周縁には、フランジ２１ｂが設けられている。ケース２１は、インバータ２５及びＤＣＤＣコンバータ２６を格納しており、インバータ２５及びＤＣＤＣコンバータ２６は、ケース２１の内面に固定されている支持台２４に支持されている。図３に示すように、インバータ２５とＤＣＤＣコンバータ２６は支持台２４を間に挟んで上下に配置されており、インバータ２５はＤＣＤＣコンバータ２６の上方に配置されている。また、メインコネクタ２３は、ケース２１の後面（即ち、Ｘ軸負方向の側面）に配置されており、ケース２１の後面を貫通している。インバータ２５から延びるバスバ２５ａ及びＤＣＤＣコンバータ２６から延びるバスバ２６ａは、メインコネクタ２３に接続されている。図３に示すように、バスバ２６ａは、ケース２１の開口２１ａの後方で配索されている。即ち、開口２１ａの後方には、メインバッテリの高電圧が印加されるバスバ２６ａが配置されている。なお、インバータ２５からは、バスバ２５ａの他に、モータコネクタ（不図示）と接続するためのバスバが延びており、ＤＣＤＣコンバータ２６からは、バスバ２６ａの他に、サブコネクタ（不図示）と接続するためのバスバが延びている。図３では、これらバスバの図示を省略している。

アンダーカバー２２は、ケース２１の開口２１ａを塞いでいる。アンダーカバー２２は、ケース２１のフランジ２１ｂの下面と対向するフランジ２２ｂを備えている。ケース２１のフランジ２１ｂとアンダーカバー２２のフランジ２２ｂが接することにより、アンダーカバー２２は、ケース２１の開口２１ａを塞いでいる。アンダーカバー２２は、フランジ２２ｂを貫通する不図示のボルトによりケース２１のフランジ２１ｂに固定されている。フランジ２１ｂの下面とフランジ２２ｂの上面の間には、シール部材（不図示）が配置されている。シール部材は、例えば、ゴム製のガスケットや、ＦＩＰＧ（Formed In Place Gasketの略）である。シール部材により、フランジ２１ｂとフランジ２２ｂの間がシールされる。

図３に示すように、リアブラケット３の一端は、ケース２１のフランジ２１ｂよりも上方でボルト３１によりケース２１の後面に連結されている。即ち、フランジ２１ｂは、リアブラケット３の下側の面（即ち、ハウジング５の上面５ａと対向する面）の一部と対向している。そして、フランジ２１ｂは、リアブラケット３に対向する位置でアンダーカバー２２のフランジ２２ｂ（即ち、アンダーカバー２２の外縁）よりリアブラケット３に近い位置まで突出している。一方、フロントブラケット４に対向する位置では、フランジ２１ｂの外縁は、アンダーカバー２２のフランジ２２ｂの外縁と同位置にある。即ち、フランジ２１ｂは、フロントブラケット４に対向する位置でアンダーカバー２２のフランジ２２ｂから突出していない。

図４を参照して、ハイブリッド車が前方衝突した場合に電力変換器２が移動する状況を説明する。図４の一点鎖線で示す矩形は、前方衝突前の電力変換器２、即ち、図２、図３に示す電力変換器２を示す。なお、簡単のため、一点鎖線で示す電力変換器２では、各フランジ２１ｂ、２２ｂの図示を省略している。ハイブリッド車が前方衝突した場合、衝突の衝撃は、主に、電力変換器２の前方に作用する。そのため、図４に示すように、前方衝突後の電力変換器２は、車両後方に移動する。この結果、前方衝突した場合、ケース２１のフランジ２１ｂは、リアブラケット３に当接する。ここで、上述したように、フランジ２１ｂは、リアブラケット３に対向する位置でアンダーカバー２２のフランジ２２ｂよりリアブラケット３に近い位置まで突出している。そのため、前方衝突した場合、アンダーカバー２２のフランジ２２ｂは、リアブラケット３に当接しない。フランジ２２ｂは、フランジ２１ｂの下面に接しているので、衝突の荷重は、リアブラケット３に当接しているフランジ２１ｂからフランジ２２ｂに伝達し、リアブラケット３から直接にフランジ２２ｂに作用しない。これにより、フランジ２２ｂがフランジ２１ｂから離れるように変形することが防止される。即ち、車載構造１００は、ハイブリッド車が前方衝突した場合に、フランジ２１ｂとフランジ２２ｂの間に隙間が生じることを防止することができ、開口２１ａの後方に配置されているバスバ２６ａが電力変換器２から露出することを防止することができる。

また、電力変換器２は、前傾姿勢で支持されている。このため、前方衝突した場合、衝突の衝撃は、電力変換器２の上前方に集中する。さらに、電力変換器２は、ハウジング５の上面５ａとの間に隙間を有して支持されている。そのため、電力変換器２は、図４に示すように、上前方に作用する衝突の衝撃により、当該隙間に沈み込み、電力変換器２の前面は下方に移動する。別言すれば、前方衝突により、電力変換器２は、下面の前方がハウジング５の上面５ａに近づき、下面の後方が上面５ａから離れるように傾斜する。下面の後方が上面５ａから離れることにより、ケース２１のフランジ２１ｂがリアブラケット３に近づき、フランジ２１ｂがリアブラケット３に当接する可能性が高くなる。即ち、電力変換器２が前傾姿勢でハウジング５の上面５ａとの間に隙間を有して支持されていることは、フランジ２１ｂがリアブラケット３に当接すること、即ち、フランジ２１ｂとフランジ２２ｂの間に隙間が生じることを防止することに寄与する。

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。フランジ２１ｂは、リアブラケット３に対向する位置に限らず、全周に亘って、フランジ２１ｂよりケース２１の外側へ突出してもよい。別言すれば、下方から見た場合に、フランジ２１ｂの周縁がフランジ２２ｂを全周に亘って囲んでいてもよい。

上記の実施例では、リアブラケット３が、「ブラケット」の一例である。上記の実施例で述べた技術は、車両の幅方向の両側に配置されている２つのブラケットによって電力変換器をハウジングに支持する車載構造に採用してもよい。以下、説明の便宜のため、２つのブラケットのうち、車両前方から見て右側（図１においてＹ軸正方向）に位置するブラケットを右側ブラケットと称し、左側（図１においてＹ軸負方向）に位置するブラケットを左側ブラケットと称する。例えば、フランジ２１ｂが、左側ブラケットに対向する位置でアンダーカバー２２の外縁より左側ブラケットに近い位置まで突出してもよい。これにより、車両が右前方衝突する場合、フランジ２１ｂが左側ブラケットに当接することで、上記の実施例と同様に、フランジ２１ｂとフランジ２２ｂの間に隙間が生じることを防止することができる。この場合、左側ブラケットが、「ブラケット」の一例である。また、フランジ２１ｂが、右側ブラケットに対向する位置でアンダーカバー２２の外縁より右側ブラケットに近い位置まで突出してもよい。これにより、車両が左前方衝突する場合でも、フランジ２１ｂとフランジ２２ｂの間に隙間が生じることを防止することができる。この場合、右側ブラケットが、「ブラケット」の一例である。

電力変換器２は、前傾姿勢でハウジング５の上面５ａに支持されていなくてもよい。例えば、ハウジング５の上面５ａは水平であっても良く、電力変換器２は、水平姿勢でハウジング５の上面５ａに支持されてもよい。この場合でも、上記の実施例と同様に、フランジ２１ｂとフランジ２２ｂの間に隙間が生じることを防止することができる。

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。

２：電力変換器
３：リアブラケット
４：フロントブラケット
５：ハウジング
５ａ：上面
６ａ、６ｂ：モータ
２１：ケース
２１ａ：開口
２１ｂ：フランジ
２２：アンダーカバー
２２ｂ：フランジ
２３：メインコネクタ
２４：支持台
２５：インバータ
２５ａ：バスバ
２６：ＤＣＤＣコンバータ
２６ａ：バスバ
１００：車載構造
５００：フロントコンパートメント

Claims (1)

1. 電源電力を走行用のモータの駆動電力に変換する電力変換器の車載構造であって、
   前記電力変換器は、
   下方に開口しており、当該開口の周縁にフランジが設けられているケースと、
   前記フランジの下面に接しており、前記開口を塞いでいるカバーと、
   を備えており、
   前記電力変換器は、ブラケットによって、前記モータを格納するハウジングの上面との間に隙間を有して支持されており、
   前記ブラケットの一端は、前記フランジよりも上方で前記ケースの側面に連結されており、他端は前記ハウジングの上面に連結されており、
   前記フランジは、前記ブラケットに対向する位置で前記カバーの外縁より前記ブラケットに近い位置まで突出している、
   ことを特徴とする電力変換器の車載構造。

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