JP6926998B2 - 電気機器の車載構造 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、自動車のフロントコンパートメントにおける電気機器の車載構造に関する。

近年の自動車は電子化が進み、車両のフロントコンパートメントに様々な電気機器が搭載されるようになってきている。特に、電気自動車は、直流電源の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なども加わり、多くの電気機器が狭いフロントコンパートメントに搭載されている。例えば特許文献１には、電源の電力をモータの駆動電力に変換する電力変換器のフロントコンパートメントへの搭載構造が開示されている。電力変換器は、フロントブラケットとリアブラケットによって、トランスアクスルの上に支持されている。トランスアクスルと電力変換器の間には、隙間が確保されている。電力変換器をブラケットによって支持することによって、トランスアクスルから電力変換器へ伝わる振動を抑制する。振動をさらに抑制するため、電力変換器の筐体とブラケットの間には防振ブッシュが挟まれている。電気機器の筐体には、いくつかのコネクタが接続されている。特許文献１の電力変換器は、後面に２個のコネクタが接続されている。

特開２０１７−４７７５８号公報

電気機器がブラケットによって車載の構造物（トランスアクスル）の上に支持されていると、車両が衝突したときに電気機器が前方からの荷重によって後退することがある。フロントコンパートメントには、様々な機器が搭載されており、隙間が少ない。電気機器が後退すると、後部に接続されているコネクタが別の構造物と接触する。コネクタ内の電圧が印加された電気部品が露出することを防ぐため、構造物との接触の衝撃に耐え得るだけの強度がコネクタには要求される。筐体の後部に２個のコネクタが接続されている場合、両方のコネクタの強度を高めるのはコストが嵩む。本明細書は、コストを抑えつつ、電気機器の筐体後部に設けられた２個のコネクタを壊れ難くする構造を提供する。

本明細書は、自動車のフロントコンパートメントにおける電気機器の車載構造を開示する。電気機器は、ブラケットによって構造物の上に隙間を有して支持されている。電気機器の筐体の後部に第１コネクタと第２コネクタが接続されている。本明細書が開示する車載構造では、第１コネクタの強度が第２コネクタの強度よりも高い。そして、第１コネクタの後端が第２コネクタの後端よりも車両後方側に位置している。この車載構造では、電気機器が後退したとき、第２コネクタよりも先に第１コネクタが電気機器の後方に位置する別の構造物と接触する。第１コネクタが別の構造物との衝撃に耐えることで、第２コネクタは別の構造物と強くぶつかることが避けられる。それゆえ、第２コネクタの強度を高くせずとも、第２コネクタも壊れ難くなる。第２コネクタの強度を高める分のコストを省くことができる。本明細書が開示する車載構造は、コストを抑えつつ、電気機器の筐体後面に設けられた２個のコネクタを壊れ難くする。

第１コネクタをより壊れ難くするため、第１コネクタと筐体の間に樹脂又はゴムで作られたＯリングが挟まれているとよい。電気機器の筐体と第１コネクタの間の封止するＯリングが、第１コネクタが後方の構造物と接触した際には緩衝材として機能する。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。

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レイアウトを示す斜視図である。 ハイブリッド車の電力変換器とその周辺機器のブロック図である。 電力変換器とブレーキアクチュエータの位置関係を示す側面図である。 電力変換器とブレーキアクチュエータの位置関係を示す平面図である。 電力変換器の後面を含む部分斜視図である。

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、走行用にエンジンとモータを備えているハイブリッド車に適用されている。図１は、ハイブリッド車１００のフロントコンパートメント５０の中のデバイスレイアウトを示す斜視図である。なお、図中の座標系は、Ｆ軸の正方向が車両前方を示しており、Ｖ軸の正方向が車両上方を示している。Ｈ軸の正方向は車両の左側方を示している。図１では、フロントコンパートメント５０に搭載されているデバイスを模式化して描いてある。

フロントコンパートメント５０には、エンジン５５、トランスアクスル３０、電力変換器１０、補機バッテリ５、ブレーキアクチュエータ５１が収容されている。フロントコンパートメント５０には他にも様々なデバイスが収容されているが、それらの図示と説明は省略する。

ハイブリッド車１００は、走行用に、２個のモータ７ａ、７ｂとエンジン５５を備えている。２個のモータ７ａ、７ｂは、トランスアクスル３０の筐体に収容されている。トランスアクスル３０には、走行用の２個のモータ７ａ、７ｂのほか、動力分配機構とデファレンシャルギアが含まれている。動力分配機構は、エンジン５５の出力トルクとモータ７ａ、７ｂの出力トルクを合成／分配するギアセットである。動力分配機構は、高トルクが要求されたときには、エンジン５５の出力トルクとモータ７ａ、７ｂの出力トルクを合成してデファレンシャルギアへ伝達する。また、動力分配機構は、状況に応じて、エンジン５５の出力トルクを分割してデファレンシャルギアと一方のモータ７ａへ伝達する。その場合、ハイブリッド車１００は、エンジントルクで走行しながらモータ７ａで発電する。他方のモータ７ｂは、エンジン５５を始動するセルモータとしても機能する。

エンジン５５とトランスアクスル３０は、車幅方向で隣り合うように連結されている。エンジン５５とトランスアクスル３０は、車両の構造強度を担保する２本のサイドメンバ５２に懸架されている。なお、図１では、一方のサイドメンバは見えていない。

トランスアクスル３０の上面に、電力変換器１０が固定されている。電力変換器１０は、不図示のメインバッテリの直流電力を昇圧し、昇圧した直流電力をモータ駆動に適した交流電力に変換するデバイスである。符号１１は、電力変換器１０の筐体を指す。

図２に、電力変換器１０の内部とその周辺の機器のブロック図を示す。電力変換器１０は、その内部に、コンバータ回路１２、２個のインバータ回路１３ａ、１３ｂ、及び、コンバータ回路１２とインバータ回路１３ａ、１３ｂを制御する制御基板１４を備えている。

電力変換器１０は、ＤＣパワーケーブル２５を介してメインバッテリ３と接続されている。符号１５は、ＤＣパワーケーブル２５の先端に取り付けられているコネクタ（ＤＣパワーコネクタ１５）を示している。メインバッテリ３の出力は１００ボルト以上であり、メインバッテリ３の電力でモータ７ａ、７ｂが駆動される。メインバッテリ３の出力電力は、コンバータ回路１２に入力される。コンバータ回路１２は、メインバッテリ３の出力電圧を昇圧してインバータ回路１３ａ、１３ｂに供給する。インバータ回路１３ａ、１３ｂは、昇圧された直流電力を、モータ駆動に適した交流電力に変換する。インバータ回路１３ａ、１３ｂの出力は、それぞれ、モータコネクタ１７とモータパワーケーブル２７を介してモータ７ａ、７ｂに供給される。

コンバータ回路１２とインバータ回路１３ａ、１３ｂは、制御基板１４に実装された制御回路によって制御される。制御基板１４の制御回路は、補機バッテリ５から電力供給を受けて動作する。制御基板１４の制御回路は、外部の上位制御器６からの指令を受けて動作する。補機バッテリ５と上位制御器６は、通信ケーブルと通信コネクタ１８を介して電力変換器１０の制御基板１４と接続されている。

なお、補機バッテリ５は、電力変換器１０の中の制御基板１４のほか、１２ボルトで動作する他の機器にも電力を供給する。ハイブリッド車１００に搭載されている機器の中で、１２ボルトで動作する機器は、補機と総称される。補機バッテリ５は、フロントコンパートメント５０に搭載されている（図１参照）。

電力変換器１０の筐体１１は、メインバッテリ３とエアコンコンプレッサ４の間の電力中継器を兼ねている。エアコンケーブル２６とエアコンコネクタ１６を介して、筐体１１からエアコンコンプレッサ４へ、メインバッテリ３の電力が供給される。

図１に戻ってフロントコンパートメント５０におけるデバイスレイアウトの説明を続ける。電力変換器１０は、トランスアクスル３０の上方に、フロントブラケット５３とリアブラケット５４を介して支持されている。電力変換器１０の筐体１１の後面には、２個のコネクタ（ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６）が接続されている。電力変換器１０の後方には、ブレーキアクチュエータ５１が配置されている。

図３は、電力変換器１０とブレーキアクチュエータ５１の位置関係を示す側面図である。図４は、電力変換器１０とブレーキアクチュエータ５１の位置関係を示す平面図である。図３、図４でも、座標系のＦ軸正方向は車両前方を表し、Ｖ軸正方向は上方を表す。Ｈ軸の正方向は車両の左側方を指している。

先に述べたように、電力変換器１０は、トランスアクスル３０の上面３０ａに、フロントブラケット５３とリアブラケット５４を介して支持されている。電力変換器１０とトランスアクスル３０の間には、隙間ＳＰが確保されている。電力変換器１０が直接にトランスアクスル３０の上面３０ａに固定されていないのは、トランスアクスル３０からの振動を遮断するためである。なお、フロントブラケット５３と電力変換器１０の筐体１１の間には防振ブッシュ６３が挟まれている（図３参照）。リアブラケット５４と筐体１１の間にも防振ブッシュ６４が挟まれている（図３参照）。

筐体１１の左側面にモータコネクタ１７が接続されており、筐体１１の後面１１ａにＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６が接続されている。図３では、エアコンコネクタ１６はＤＣパワーコネクタ１５の後ろ側に位置しており、見えない。筐体１１の上面には通信コネクタ１８（図２参照）が接続されているが、図では通信コネクタ１８の図示は省略している。ＤＣパワーコネクタ１５と筐体１１の間には、ゴム製のＯリング４２が挟まれている。

電力変換器１０は２個のブラケット５３、５４でトランスアクスル３０の上方に支持されている。ハイブリッド車１００が前方衝突すると、ブラケット５３、５４が変形し、あるいは、破断し、電力変換器１０が後退する場合がある。電力変換器１０の筐体１１の後面１１ａには２個のコネクタ（ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６）が接続されており、その後方にはブレーキアクチュエータ５１が配置されている。ブレーキアクチュエータ５１は、車体１０２に固定されている。

筐体１１が後退すると、２個のコネクタ（ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６）がブレーキアクチュエータ５１と接触するおそれがある。接触時の衝撃が強いと、いずれかのコネクタがダメージを受ける可能性がある。ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６はいずれも、メインバッテリと接続されており、コネクタ内部の端子には１００ボルト以上の高電圧が加わっている。コネクタが破損し、内部の端子が短絡あるいは露出することは好ましくない。両方のコネクタの強度を高くすれば、コネクタは壊れ難くなる。しかし、両方のコネクタの強度を高くするにはコストが嵩む。実施例の車載構造は、コストを抑えつつ、２個のコネクタ（ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６）が壊れ難い構造を提供する。

図４に示すように、ＤＣパワーコネクタ１５の後端Ｐ１は、エアコンコネクタ１６の後端Ｐ２よりも車両後方に位置している。ＤＣパワーコネクタ１５とブレーキアクチュエータ５１との間の距離Ｌ１は、エアコンコネクタ１６とブレーキアクチュエータ５１との間の距離Ｌ２よりも短い。従って、筐体１１が後退したとき、ＤＣパワーコネクタ１５がエアコンコネクタ１６よりも先にブレーキアクチュエータ５１に接触する。エアコンコネクタ１６の後端はＤＣパワーコネクタ１５の後端よりも前方に位置しているから、エアコンコネクタ１６はブレーキアクチュエータ５１と接触しないか、接触しても強い衝撃は受けない。それゆえ、後寄りに位置しているＤＣパワーコネクタ１５の強度だけを強くしておけば、２個のコネクタとも壊れ難くなる。エアコンコネクタ１６の強度をＤＣパワーコネクタ１５の強度程には高くする必要がないので、コストを抑えることができる。なお、ここでいう強度は、コネクタを筐体１１に取り付けた状態でコネクタに後方から荷重を加えたときの壊れ難さを意味する。例えば、強度は、コネクタに後方から荷重をかけたときに、コネクタが破壊するときの荷重の大きさで測ることができる。また、例えば、ＤＣパワーコネクタ１５の本体とエアコンコネクタ１６の本体は、アルミニウムで作られており、ＤＣパワーコネクタ１５にはエアコンコネクタ１６よりも板厚みの大きいアルミニウムを採用することで、ＤＣパワーコネクタ１５の強度を高めることができる。あるいは、ＤＣパワーコネクタ１５に硬い金属で作られたプロテクタを取り付けることで、ＤＣパワーコネクタ１５の強度を高めることができる。

先に述べたように、筐体１１の後面１１ａとＤＣパワーコネクタ１５との間には、ゴム製のＯリングが挟まれている（図３参照）。Ｏリング４２は、筐体１１とＤＣパワーコネクタ１５の間から水が浸入することを防ぐ。Ｏリング４２は、ＤＣパワーコネクタ１５がブレーキアクチュエータ５１とぶつかったときの緩衝材としても機能する。ゴム製のＯリング４２は、ＤＣパワーコネクタ１５の強度向上に貢献する。

図５を参照しつつ、実施例のＤＣパワーコネクタ１５の構造を詳しく説明する。電力変換器１０の筐体１１の後面１１ａには、コネクタ接続用のコネクタ受け部４３、４４が設けられている。コネクタ受け部４３にＤＣパワーコネクタ１５が接続される。コネクタ受け部４３の中央に開口４３ａが設けられている。開口４３ａの内側に、不図示の電気端子（筐体側端子）が配置されている。開口４３ａに、ＤＣパワーコネクタ１５のプラグ１５ａが差し込まれる。プラグ１５ａの内側には、不図示の電気端子（コネクタ側端子）が配置されている。ＤＣパワーコネクタ１５を筐体１１に接続すると、プラグ１５ａのコネクタ側端子が開口４３ａの中の筐体側端子と電気的に接続する。コネクタ側端子と筐体側端子の接続は、ネジによる共締めであってもよい。

開口４３ａの周囲を囲むように、コネクタ受け部４３の表面にＯリング４２が配置されている。Ｏリング４２は、ゴム又は樹脂で作られている。先に述べたように、Ｏリング４２は、通常は開口４３ａへの水の浸入を防ぐ。ＤＣパワーコネクタ１５がブレーキアクチュエータ５１と衝突した際には、Ｏリング４２は、衝撃を緩和する緩衝材として機能する。ＤＣパワーコネクタ１５の上部が２本のボルト４１で筐体１１に固定される。

コネクタ受け部４４には、エアコンコネクタ１６が接続される。コネクタ受け部４４にも開口が設けられており、その開口にエアコンコネクタ１６のプラグが差し込まれる。コネクタ受け部４４とエアコンコネクタ１６の間にもＯリングが設けられている。エアコンコネクタ１６も、ＤＣパワーコネクタ１５と同様に、その上部が２本のボルト４１で筐体１１に固定される。

実施例の車載構造は、次の特徴を有している。電力変換器１０は、フロントブラケット５３とリアブラケット５４によって、トランスアクスル３０の上方に支持されている。電力変換器１０とトランスアクスル３０の間には隙間ＳＰが確保されている。電力変換器１０の筐体１１の後面１１ａ（筐体の後部）には、ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６が接続されている。ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６の後方には、金属製のブレーキアクチュエータ５１が配置されている。ＤＣパワーコネクタ１５の強度は、エアコンコネクタ１６の強度よりも高い。ＤＣパワーコネクタ１５の後端がエアコンコネクタ１６の後端よりも車両後方側に位置している。電力変換器１０が後退した場合、ＤＣパワーコネクタ１５がエアコンコネクタ１６よりも先にブレーキアクチュエータ５１と衝突する。ＤＣパワーコネクタ１５はエアコンコネクタ１６よりも強度が高いので、ブレーキアクチュエータ５１との衝突でも壊れ難い。一方、ＤＣパワーコネクタ１５が緩衝材となるので、エアコンコネクタ１６がブレーキアクチュエータ５１と接触するときの衝撃が緩和される。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の電力変換器１０が、車載構造の対象となる電気機器の一例に相当する。ブラケット５３、５４を介して電力変換器１０を支持しているトランスアクスル３０が、電力変換器１０（電気機器）を支持している車両構造物の一例に相当する。ＤＣパワーコネクタ１５が第１コネクタの一例に相当し、エアコンコネクタ１６が第２コネクタの一例に相当する。実施例の車載構造は、ハイブリッド車１００の電力変換器１０に適用されている。本明細書が開示する車載構造は、他のタイプの自動車の他の電気機器に適用することもできる。本明細書が開示する車載構造は、ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６以外のコネクタが接続されている電気機器にも適用することができる。

第１コネクタ（ＤＣパワーコネクタ１５）の後端が第２コネクタ（エアコンコネクタ１６）の後端よりも車両後方側に位置している構造は、車両前後方向の長さが第２コネクタよりも長い第１コネクタを採用すればよい。あるいは、第１コネクタと第２コネクタを取り付ける筐体の後面に段差を設け、第１コネクタと筐体の接続箇所が、第２コネクタと筐体の接続箇所よりも車両後方に位置するようにしてもよい。そのような構造にすれば、第１コネクタと第２コネクタの長さが同じであっても、第１コネクタの後端を第２コネクタの後端よりも後ろ側にすることができる。

電気機器の後部に接続されているコネクタの後方に配置されている構造物は、ブレーキアクチュエータ５１でなくともよい。電気機器は、その側方を支持するブラケットによって、車両の構造物の上に隙間を有して支持されていてもよい。

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。

３：メインバッテリ
４：エアコンコンプレッサ
５：補機バッテリ
６：上位制御器
７ａ、７ｂ：モータ
１０：電力変換器
１１：筐体
１１ａ：後面
１２：コンバータ回路
１３ａ、１３ｂ：インバータ回路
１４：制御基板
１５：ＤＣパワーコネクタ
１５ａ：プラグ
１６：エアコンコネクタ
１７：モータコネクタ
１８：通信コネクタ
２５：ＤＣパワーケーブル
２６：エアコンケーブル
２７：モータパワーケーブル
３０：トランスアクスル
３０ａ：上面
４１：ボルト
４２：Ｏリング
４３、４４：コネクタ受け部
４３ａ：開口
５０：フロントコンパートメント
５１：ブレーキアクチュエータ
５２：サイドメンバ
５３、５４：ブラケット
５５：エンジン
６３、６４：防振ブッシュ
１００：ハイブリッド車
１０２：車体

Claims (2)

1. 車両のフロントコンパートメントにて、ブラケットによって構造物の上に隙間を有して支持されている電気機器と、
   前記電気機器の筐体の後部に接続されており、前記電気機器の後方に位置する後方構造体と対向する第１コネクタと、
   前記筐体の前記後部に接続されており、前記後方構造体と対向する第２コネクタと、
   を備えており、
   前記第１コネクタの強度が前記第２コネクタの強度よりも高く、
   前記第１コネクタの後端が前記第２コネクタの後端よりも車両後方側に位置しており、
   前記第１コネクタと前記後方構造体との間の距離は、前記第２コネクタと前記後方構造体との間の距離よりも短い、電気機器の車載構造。
2. 前記第１コネクタと前記筐体の間に樹脂又はゴムのＯリングが挟まれている、請求項１に記載の車載構造。

Images