JP6642458B2 - 電力制御ユニットの車載構造 - Google Patents

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Description

本明細書は、走行用モータに供給する電力を制御する電力制御ユニットの車載構造を開示する。
走行用モータを備える電気自動車の多くは、走行用モータと、走行用モータに供給する電力を制御する電力制御ユニットを車両前部空間に搭載している。走行用モータへの供給電力の転送損失を小さくするため、電力制御ユニットは、走行用モータを収容するハウジングの上に固定される(例えば、特許文献1、2)。特許文献1、2に開示された電力制御ユニットは、その後方上部にコネクタが設けられている。
特開2015−133803号公報 特開2012−095482号公報
車両前部空間に搭載されている電力制御ユニットは、車両の前方衝突の際、衝撃で後退する可能性がある。電力制御ユニットが後退すると、電力制御ユニットの後方に位置する他のデバイスや部品と干渉し、電力制御ユニットの後方上部のコネクタがダメージを受ける可能性がある。一方、電力制御ユニットは、衝突時に高電圧のコンデンサを放電する放電回路を備えており、コネクタを通じて外部から放電指令を受信してコンデンサを放電する。衝突時にコネクタがダメージを受けると放電指令が放電回路に達せずコンデンサの放電が行われなくなるおそれがある。
そのような課題に対して本願の出願人は、以下の車載構造を提案した(特願2016−152950号、平成28年8月3日出願、本願出願時は未公開)。その車載構造は、車両の前方衝突時に電力制御ユニットの後方上部のコネクタを、後方のデバイス(あるいは部品)との干渉から保護する。その車載構造では、電力制御ユニットは、車両の前部空間にて、走行用モータを収容しているハウジングの上に固定されている。電力制御ユニットの後方上部にコネクタとそのコネクタを保護する一対のプロテクタが設けられている。一対のプロテクタは、コネクタの車幅方向の両側でコネクタよりも後方へ延びている。上記の車載構造によれば、衝突の衝撃で電力制御ユニットが後退したとき、コネクタの両側のプロテクタが電力制御ユニットの後方のデバイス(あるいは部品)と先に衝突してそれを押し退け、コネクタを保護する。本明細書は、本願出願人が提案した上記車載構造の改良版を開示する。
本明細書が開示する車載構造では、先に述べたように、一対のプロテクタは、コネクタの車幅方向の両側でコネクタよりも後方へ延びている。一対のプロテクタの一方は、電力制御ユニットの車幅方向を向く筐体側面に2個のボルトで固定されているとともに、筐体側面に設けられた突起の後面と当接している。そして、車幅方向からみたときに、一方のボルト(第2ボルト)の締結箇所は他方のボルト(第1ボルト)の締結箇所よりも前上方に位置している。突起の位置は一方のボルト(第2ボルト)の締結箇所よりも前上方に位置している。一対のプロテクタの一方から後方へ、ワイヤハーネスを締結するリブが延びている。この車載構造によれば、一方のプロテクタは2か所で筐体側面に固定されているとともに1か所で突起と接している。車両衝突時にプロテクタが受ける荷重は合計3か所に分散される。それゆえ、プロテクタはより高い荷重に対して耐えることができる。また、プロテクタは合計3か所で筐体に支持されているので、ワイヤハーネスを締結するリブの振動に対してボルトが緩み難い。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。
実施例の車載構造を採用したハイブリッド車の電力系のブロック図である。 実施例の車載構造を含むハイブリッド車のフロントコンパートメントにおけるデバイス配置を示す斜視図である。 車載されたPCU(電力制御ユニット)の平面図である。 車載されたPCUの側面図である。 PCU後方上部の斜視図である。 PCU後方上部の右側面図である(右プロテクタ周辺の側面図)。 PCU後方上部の左側面図である(左プロテクタ周辺の側面図)。
図面を参照して実施例の車載構造を説明する。実施例の車載構造は、走行用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車100に採用されている。まず、ハイブリッド車100の電気系を説明する。図1にハイブリッド車100の電気系のブロック図を示す。図1のブロック図は、本明細書が開示する技術の説明に必要のない一部の部品は図示を省略してあることに留意されたい。
ハイブリッド車100は、走行用に電気モータ8(走行用モータ8)とエンジン13を備える。以下では説明を簡単にするため、走行用モータ8を単純にモータ8と表記する。モータ8の出力とエンジン13の出力は動力分配機構9により合成され車軸11に出力される。動力分配機構9は、場合によってはエンジン13の出力トルクを車軸11とモータ8に分配する。このとき、モータ8は、エンジン13の出力トルクの一部により発電する。あるいは、モータ8は、車両の減速エネルギを利用して発電する。発電で得られた電力は電力制御ユニット5を介して高電圧バッテリ3の充電に用いられる。エンジン13の筐体には、エンジンコントローラ12が取り付けられている。エンジンコントローラ12は、車両全体の制御を司るHVコントローラ6とエンジンワイヤハーネス28で接続されている。エンジンワイヤハーネス28は、HVコントローラ6とエンジンコントローラ12との間で様々な信号を伝達するための通信ケーブルである。
モータ8は、電力制御ユニット5から供給される交流電力で駆動される。電力制御ユニット5は、高電圧バッテリ3の直流電力をモータ8の駆動に適した交流電力に変換してモータ8に供給する。高電圧バッテリ3の出力は、例えば、300ボルトである。以下では、説明の便宜上、「電力制御ユニット5」を「PCU5(Power Control Unit 5)」と称する。
PCU5は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を備えている。電圧コンバータ回路は、高電圧バッテリ3の電力をモータ8の駆動に適した電圧まで昇圧する。昇圧後の電圧は例えば600ボルトである。インバータ回路は、昇圧された直流電力を、モータ8の駆動に適した周波数を有する3相交流電力に変換する。インバータ回路は、モータ8が発電した交流電力を直流電力に変換する機能も有している。電圧コンバータ回路は、インバータ回路で直流変換された電力の電圧を高電圧バッテリ3の電圧まで降圧する機能も有している。即ち、PCU5に内蔵されている電圧コンバータ回路は、双方向DC−DCコンバータである。電圧コンバータ回路とインバータ回路についての詳しい説明は省略する。
PCU5には、高電圧バッテリ3の電流を平滑化するコンデンサ16が備えられている。さらに、PCU5には、車両衝突時にコンデンサ16を放電する放電回路17が備えられている。放電回路17は、例えば放電抵抗である。あるいは、先に述べた昇圧コンバータ回路やインバータ回路が放電回路として利用される場合もある。
コンデンサ16には高電圧バッテリ3の電圧が印加されており、衝突の際に放電回路17がコンデンサ16を放電することでPCU5の安全性が確保される。HVコントローラ6からPCU5へ、放電回路17を起動してコンデンサ16を放電させる放電指令が伝達される。HVコントローラ6は、エアバックコントローラ18から、車両が衝突したことを示す信号を受け取ると、PCU5へ放電指令を送信する。同時にHVコントローラ6は、高電圧バッテリ3とPCU5を電気的に接続しているシステムメインリレー4を開放する。システムメインリレー4が開放されると、PCU5が高電圧バッテリ3から遮断され、コンデンサ16への電力供給が止まり、コンデンサ16の放電が可能になる。なお、エアバックコントローラ18は、衝突を検知する加速度センサを備えており、加速度センサが所定の大きさ以上の加速度を検知すると、車両が衝突したことを示す信号をHVコントローラ6へ送信する。
高電圧バッテリ3とPCU5は、高電圧電力線24で接続されている。高電圧電力線24の一端は、PCU5に設けられた高電圧コネクタ21に接続されている。即ち、高電圧電力線24と高電圧コネクタ21が、高電圧バッテリ3の電力をPCU5に供給する。高電圧電力線24の途中には、システムメインリレー4が備えられている。
PCU5には、低電圧で駆動する制御回路も収容されている。ここで、低電圧とは、上記した高電圧バッテリ3の出力電圧よりも低い電圧である。その制御回路へ電力を供給するために、PCU5は、補機バッテリ7とも接続されている。補機バッテリ7の出力電圧は、高電圧バッテリ3の出力電圧よりも低く、例えば12ボルトである。PCU5と補機バッテリ7は、補機共通電力線14と低電圧電力線26を介してPCU5と接続されている。低電圧電力線26の一端は、PCU5に設けられている低電圧コネクタ23に接続されている。補機共通電力線14は、車内に張り巡らされている電力線であり、様々な補機に電力を供給する。「補機」とは、低電圧で駆動するデバイス群の総称である。補機の一例は、カーナビゲーション装置15である。PCU5に実装されている、低電圧で動作する制御回路も「補機」に属する。
低電圧コネクタ23には、低電圧電力線26のほか、PCUワイヤハーネス27が接続されている。PCUワイヤハーネス27は、PCU5とHVコントローラ6の間で様々な信号をやり取りするための通信ケーブルである。先に述べた放電指令も、PCUワイヤハーネス27を通じてHVコントローラ6からPCU5へ伝達される。車両が衝突した際、HVコントローラ6がPCU5へ放電指令を送信する前に低電圧コネクタ23がダメージを受けると、PCU5は放電指令を適切に受信できず、コンデンサ16の放電が実施されないおそれがある。ハイブリッド車100は、正面衝突の際に低電圧コネクタ23がダメージを受け難い構造を備えている。次に、PCU5の車載構造2を説明する。
図2から図4を参照してPCU5の車載構造2を説明する。図2はハイブリッド車100のフロントコンパートメント90におけるデバイスレイアウトを示す斜視図である。図3は、フロントコンパートメント90にて車載されたPCU5の平面図である。図4は、フロントコンパートメント90にて車載されたPCU5の側面図である。図3の平面図は、PCU5とその周辺のみを描いてある。図4の符号43はフロントコンパートメント90を覆うフードを示している。図2と図3では、フード43の図示を省略してある。
図中の座標系について説明する。座標系のF軸が車両前方を示し、H軸が車幅方向を示し、V軸が車両上方を示している。以下、本明細書における「前」とは車両前後方向の「前」を意味し、「後」とは車両前後方向の「後」を意味する。フロントコンパートメント90は、車両前部空間に相当する。
フロントコンパートメント90には、エンジン13、トランスアクスル30(モータ8)、PCU5、補機バッテリ7が格納されている。なお、フロントコンパートメント90には、他にも様々な部品が格納されているが、ここでは、上記した部品以外は説明を割愛する。トランスアクスル30には、走行用のモータ8と、動力分配機構9と、デファレンシャルギアが収容されている。即ち、トランスアクスル30は、走行用のモータ8を収容するハウジングでもある。トランスアクスル30はエンジン13と車幅方向で連結されている。エンジン13の出力トルクとモータ8の出力トルクはトランスアクスル30の中の動力分配機構9にて合成され、デファレンシャルギアを介して車軸11へ伝達される。
エンジン13とトランスアクスル30は、フロントコンパートメント90の下方で車両前後方向に延びる2本のサイドメンバ92の間に懸架されている。なお、図2では一方のサイドメンバは隠れて見えない。トランスアクスル30の上にPCU5が固定されている。
PCU5は、トランスアクスル30に固定されている。より詳しくは、PCU5は、フロントブラケット31とリアブラケット32により、トランスアクスル30の上方に固定されている。図4に示されているように、トランスアクスル30の上面とPCU5との間には隙間が確保されている。即ち、PCU5は、直接にはトランスアクスル30に触れておらず、フロントブラケット31とリアブラケット32を介してトランスアクスル30に支持されている。これは、エンジン13の振動やモータ8の振動からPCU5を保護するためである。なお、図示は省略しているが、フロントブラケット31とPCU5の間、及び、リアブラケット32とPCU5の間には防振ブッシュが組み込まれている。PCU5は、フロントブラケット31とリアブラケット32により支持されているため、車両衝突の際に前方から衝突荷重を受けると後退する場合がある。
PCU5の後方上部(上面後方)には低電圧コネクタ23が設けられている。低電圧コネクタ23は、補機バッテリ7に接続されている低電圧電力線26と、HVコントローラ6に接続されているPCUワイヤハーネス27をPCU5に接続するコネクタである。
図4に示されているように、PCU5の後面には高電圧コネクタ21が設けられている。高電圧コネクタ21は、図1で示した高電圧バッテリ3と接続されている高電圧電力線24をPCU5に接続するコネクタである。なお、図3では、高電圧コネクタ21と高電圧電力線24の図示は省略した。
フロントコンパートメント90の車両後方側には、金属製のカウルパネル44が配置されている。カウルパネル44は、フロントコンパートメント90と車室を区画するダッシュパネル48に連結されている。カウルパネル44は、車幅方向に延びており、図4に示されているように、車両前後方向(図中のF軸方向)と車両上下方向(図中のV軸方向)に拡がる平面でカットした断面は、上に開いている湾曲形状を成している。「上に開いている湾曲形状」とは、別言すれば、下に向けて凸となるように湾曲していることである。カウルパネル44の後縁はフロントガラス46の下縁と接しており、その前縁はフロントコンパートメント90を覆うフード43が接している(図4参照)。
上に開いているカウルパネル44の上方は樹脂製のカウルトップパネル45で覆われている。また、カウルパネル44の上方に(湾曲の内側)にワイパーピボット34が配置されている。ワイパーピボット34は、ピボットホルダ49で支持されている。そのピボットホルダ49は、カウルパネル44に固定されている。ワイパーピボット34は、カウルトップパネル45を貫通しており、その一部が露出している。ワイパーピボット34は、ワイパーアームの回転軸となる部品である。図3では、ワイパーピボット34とワイパーアームの図示を省略し、図4ではワイパーアームの図示を省略した。
図4に示されているように、低電圧コネクタ23の後方にカウルパネル44が位置している。正面衝突の衝撃でPCU5が後方へ後退すると、低電圧コネクタ23が金属製のカウルパネル44と接触する可能性がある。カウルパネル44との接触で低電圧コネクタ23がダメージを受けると、PCUワイヤハーネス27を通じてHVコントローラ6から送られる放電指令がPCU5の内部の放電回路17に伝達されなくなるおそれがある。そこで、PCU5は、PCU5が後退したときの低電圧コネクタ23のダメージを抑えるべく、低電圧コネクタ23の両側に一対のプロテクタ51、52を備える。なお、図4では、低電圧コネクタ23の一部であって、左プロテクタ52で隠れて見えない部分を破線で描いてある。
一対のプロテクタ51、52は、鉄板を折り曲げて作られている。一対のプロテクタ51、52は、PCU5の後方上部に固定されている。図3の破線HLは、低電圧コネクタ23の後端を車幅方向に延長した線である。一対のプロテクタ51、52は、低電圧コネクタ23の車幅方向の両側に配置されており、低電圧コネクタ23の後端よりも後方へ延びている。従って、PCU5が後退したとき、低電圧コネクタ23よりも先に、左右のプロテクタ51、52の後端がカウルパネル44と接触する。PCU5が後退すると、一対のプロテクタ51、52がカウルパネル44を後方へ押し退け、カウルパネル44が低電圧コネクタ23と接触することを防止する。なお、PCU5が後退して一対のプロテクタ51、52がカウルパネル44に接触したときに低電圧コネクタ23とカウルパネル44の間にPCUワイヤハーネス27と低電圧電力線26が通るだけの隙間が確保されるように、一対のプロテクタ51、52の後端位置が定められている。
図2−図4は、理解を助けるため、低電圧コネクタ23や一対のプロテクタ51、52を模式的に描いてあった。図5−図7を参照して、一対のプロテクタ51、52のより詳細な構造を説明する。図5−図7は、一対のプロテクタ51、52のより具体的な形状を示している。なお、図5−図7では、低電圧コネクタ23からPCUワイヤハーネス27と低電圧電力線26は外してある。
右プロテクタ51と左プロテクタ52は、鉄板を曲げて作られている。図6に、PCU5を車幅方向からみたときの右プロテクタ51の周辺を示す。図6に示すように、右プロテクタ51は、PCU5の車幅方向(図中のH軸の方向)を向く筐体側面5aに、2個のボルト(第1ボルト53a、第2ボルト53b)で固定されている。図6の符号105は、PCU5の筐体側面5aに設けられた突起を示している。右プロテクタ51は、その一部が突起105の上面105aと後面105bに当接するように固定されている。車幅方向からみたときに、第2ボルト53bの締結箇所は第1ボルト53aよりも前上方に位置しており、突起105の位置は第2ボルト53bよりも前上方に位置している。右プロテクタ51は2か所で筐体側面5aに固定されているとともに一か所で突起105と接している。車両衝突時にPCU5が後退して右プロテクタ51がカウルパネル44と衝突した際、右プロテクタ51が受ける荷重は合計3か所に分散される。それゆえ、右プロテクタ51はより高い荷重に対して耐えることができる。
また、右プロテクタ51から後方にリブ153が後方へ延びている。リブ153には、ワイヤハーネスを締結するための孔153a、153bが設けられている。右プロテクタ51は合計3か所でPCU5の筐体に支持されているので、ワイヤハーネスを締結するリブ153の振動に対して第1、第2ボルト53a、53bが緩み難い。
また、図3に示すように、右プロテクタ51を固定している第1、第2ボルト53a、53bと突起105は、PCU5の筐体側面5aの側の最外側に接する平面(図3の破線FLが示す平面)よりも内側に収まるように配置されている。この配置により、ボルト53a、53b、及び突起105は、PCU5の搭載作業時に邪魔にならない。
図5、図7に示すように、左プロテクタ52は、PCU5の側面にボルト54で固定されている。左プロテクタ52は、PCU5の側面に設けられたフランジ5bの上面に当接するように固定されている。ボルト54による固定点は、フランジ5bの下方に位置する。PCU5が後退して左プロテクタ52がカウルパネル44と衝突した際、左プロテクタ52は、図7の視点で左回りのモーメントを受ける。そのモーメントの一部をフランジ5bが受けることによって、ボルト54に加わる衝撃を緩和し、左プロテクタ52がPCU5から離脱しないようになっている。
衝突の衝撃が大きい場合は、一対のプロテクタ51、52が変形する可能性がある。低電圧コネクタ23の後端から一対のプロテクタ51、52の後端までの距離は、一対のプロテクタ51、52が変形してもカウルパネル44が低電圧コネクタ23との間にPCUワイヤハーネス27と低電圧電力線26がつぶれない程度の隙間が確保されるように、設定されている。
以上、説明したように、実施例の車載構造2では、PCU5の低電圧コネクタ23の両側にプロテクタ51、52を設けることで、衝突の際にカウルパネル44との衝突によって低電圧コネクタ23がダメージを受けることを防止する。
実施例で説明した車載構造2の特徴を以下にまとめる。PCU5は、フロントコンパートメント90にて、走行用モータ8を収容しているハウジング(トランスアクスル30)の上に固定されている。PCU5は、直流電源(高電圧バッテリ3)の電流を平滑化するコンデンサ16と、コンデンサ16を放電する放電回路17を備えている。他のデバイス(HVコントローラ6)からコンデンサ16を放電させる放電指令を伝達するワイヤハーネス(PCUワイヤハーネス27)が、PCU5の後方上部に設けられたコネクタ(低電圧コネクタ23)に接続されている。フロントコンパートメント90の中にて、低電圧コネクタ23の後方にカウルパネル44が配置されている。そして、PCU5の後方上部には、低電圧コネクタ23を保護する一対のプロテクタ51、52が設けられている。一対のプロテクタ51、52は、低電圧コネクタ23の両側の位置から、低電圧コネクタ23よりも車両後方へと延びている。一対のプロテクタ51、52は、後方のカウルパネル44に向けて延びている。
右プロテクタ51は、車幅方向を向くPCU5の筐体側面5aに2本のボルト53a、53bで固定されている。また、右プロテクタ51は、筐体側面5aに設けられた突起105の上面105aと後面105bと当接している。第2ボルト53bの締結箇所は、第1ボルト53aの締結箇所よりも前上方に位置している。突起105は第2ボルト53bの締結箇所よりも前上方に位置している。2本のボルト53a、53bの締結箇所と突起105は、車幅方向からみて、概ね、後下方向から前上方へ向かって並んでいる。右プロテクタ51は後方から荷重を受けると、その荷重が2個の締結箇所と突起105との当接箇所に分散される。また、右プロテクタ51から後方へ、ワイヤハーネスを締結するためのリブ153が延びている。右プロテクタ51は2本のボルト53a、53bでPCU5の筐体に固定されているとともに、突起105に当接しているので、リブ153の振動に対してボルト53a、53bが緩み難い。
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。フロントコンパートメント90が、請求項における「車両前部空間」に相当する。トランスアクスル30が請求項のハウジングの一例に相当する。本明細書が開示する車載構造は、エンジンを備えない電気自動車に適用することも可能である。その場合、走行用モータを収容するモータハウジングが、請求項の「ハウジング」に相当する。
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:車載構造
3:高電圧バッテリ
4:システムメインリレー
5:電力制御ユニット(PCU)
5a:突起
5b:フランジ
6:HVコントローラ
7:補機バッテリ
8:走行用モータ
9:動力分配機構
11:車軸
12:エンジンコントローラ
13:エンジン
14:補機共通電力線
15:カーナビゲーション装置
16:コンデンサ
17:放電回路
18:エアバックコントローラ
21:高電圧コネクタ
23:低電圧コネクタ
24:高電圧電力線
26:低電圧電力線
27:PCUワイヤハーネス
28:エンジンワイヤハーネス
30:トランスアクスル
31:フロントブラケット
32:リアブラケット
34:ワイパーピボット
43:フード
44:カウルパネル
45:カウルトップパネル
46:フロントガラス
48:ダッシュパネル
51:プロテクタ(右プロテクタ)
52:プロテクタ(左プロテクタ)
53、54:ボルト
90:フロントコンパートメント
92:サイドメンバ
100:ハイブリッド車
153:リブ

Claims (1)

  1. 走行用モータに供給する電力を制御する電力制御ユニットの車載構造であり、
    前記電力制御ユニットは、車両の前部空間にて、前記走行用モータを収容しているハウジングの上に固定されており、
    前記電力制御ユニットの後方上部にコネクタと当該コネクタを保護する一対のプロテクタが設けられており、
    前記一対のプロテクタは、前記コネクタの車幅方向の両側で前記コネクタよりも後方へ延びており、
    前記一対のプロテクタの一方は、
    前記電力制御ユニットの車幅方向を向く筐体側面に2個のボルトで固定されているとともに、前記筐体側面に設けられた突起の後面と当接しており、
    車幅方向からみたときに、一方の前記ボルトの締結箇所は他方の前記ボルトよりも前上方に位置しており、前記突起の位置は前記一方のボルトよりも前上方に位置しており、
    前記一対のプロテクタの前記一方から後方へ、ワイヤハーネスを締結するリブが延びている、電力制御ユニットの車載構造。
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