JP7001045B2 - 電力変換器の搭載構造 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、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のフロントコンパートメントへの搭載構造に関する。

特許文献１に、フロントコンパートメントに搭載された電力変換器が開示されている。電力変換器は、電源の電力を走行用のモータの駆動電力に変換するデバイスである。電力変換器は、モータを収容するハウジングの上に、フロントブラケットとリアブラケットで支持されている。電力変換器とハウジングの間には隙間が確保されている。車両が障害物に衝突すると、障害物が前方から電力変換器に衝突し、ブラケットが変形あるいは破断し、電力変換器が後退する。電力変換器の後方には別のデバイスが配置されており、後退した電力変換器と干渉する。電力変換器の車両後方を向く後面には、電力を電力変換器に伝達するパワーケーブルのコネクタが接続されている。パワーケーブルはコネクタから下方へと延びている。

特開２０１７－２２２２０３号公報

コネクタの下方にはリアブラケットが位置しており、電力変換器が後退する際、パワーケーブルがリアブラケットと干渉してダメージを受けるおそれがある。本明細書は、衝突時にリアブラケットとの干渉からパワーケーブルを保護する技術を提供する。

本明細書は、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のフロントコンパートメントへの搭載構造を開示する。電力変換器は、フロントコンパートメント内の構造物の上にフロントブラケットとリアブラケットを介して固定されている。フロントブラケットとリアブラケットを取り付ける構造物の例は、モータを収容しているモータハウジング、あるいは、サイドメンバやクロスメンバなど、車体の強度を保持するための部材であってよい。電源の電力を電力変換器へ伝達するパワーケーブルのコネクタが電力変換器の車両後方を向く面（後面）に取り付けられている。パワーケーブルは、コネクタから下方へと延びている。電力変換器の後面と対向するパワーケーブルの部位がプロテクタで囲まれているとともに、プロテクタとリアブラケットのそれぞれに、近接して互いに対向する対向部が設けられている。本明細書が開示する搭載構造では、第一に、プロテクタがパワーケーブルを保護する。第二に、プロテクタとリアブラケットのそれぞれに、衝突時に接触する対向部を設けておく。衝突時に対向部同士が接触することで、リアブラケットの予期しない部位（例えば鋭い角部）とパワーケーブルが干渉してパワーケーブルがダメージを受けることを防止する。

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。 電力変換器とその周辺機器のブロック図である。 モータハウジングの上に固定された電力変換器の側面図である。 電力変換器を斜め後方から見た図である。 電力変換器を斜め後方から見た図である（分解図）。 リアブラケット周辺の拡大図である。 図６のVII－VII線でカットした断面図である。 電気自動車の電力変換器とその周辺機器のブロック図である。 電気自動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正面図である。 電気自動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側面図である。

（第１実施例）図面を参照して第１実施例の搭載構造を説明する。第１実施例の搭載構造は、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のハウジング（モータハウジング）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、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。

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の車両後方を向く面（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。ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６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３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。上面３０ａは前下がりに傾斜している。それゆえ、上面３０ａに固定される電力変換器１０も、前下がりの姿勢で固定されている。

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。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。

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が接続されている。図３では通信コネクタ１８から延びている通信ケーブルの図示は省略している。

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。

電力変換器１０は前下がりの姿勢で固定されており、ＤＣパワーコネクタ１５から下方へ延びているＤＣパワーケーブル２５がＤＣパワーコネクタ１５よりも後方に張り出している。筐体１１が後退すると、ＤＣパワーケーブル２５がブレーキアクチュエータ５１などの周辺部品とリアブラケット５４に挟まれ、ダメージを受けるおそれがある。あるいは、筐体１１が後退すると、ＤＣパワーケーブル２５がフロントコンパートメント内の別の構造物とリアブラケット５４に挟まれ、ダメージを受けるおそれがある。それゆえ、第１実施例の搭載構造では、筐体１１の後面１１ａと対向するＤＣパワーケーブル２５の部位がプロテクタ４０で囲まれている。別言すれば、プロテクタ４０は筒形状を有しており、ＤＣパワーケーブル２５はプロテクタ４０の筒の内側を通っている。さらにまた、プロテクタ４０とリアブラケット５４のそれぞれに、近接して互いに対向する対向部（後述）が設けられている。

図４、図５に電力変換器１０を斜め後方から見た図を示す。図５では、電力変換器１０の筐体１１からリアブラケット５４とＤＣパワーコネクタ１５を分離した図を示す。なお、以降、エアコンコネクタ１６とエアコンケーブル２６とトランスアクスル３０の図示は省略する。エアコンコネクタ１６は、電力変換器１０の後面１１ａに設けられているエアコンコネクタ取り付け口２１に取り付けられる。ＤＣパワーコネクタ１５は、後面１１ａに設けられているパワーコネクタ取り付け口１９に取り付けられる（図５参照）。

プロテクタ４０の上端はＤＣパワーコネクタ１５に接続されている。それゆえ、プロテクタ４０は、ＤＣパワーケーブル２５とＤＣパワーコネクタ１５の接続部も保護する。プロテクタ４０のリアブラケット５４に対向する側には、板状のプロテクタ対向部４１が設けられている。一方、リアブラケット５４のプロテクタ対向部４１に対向する位置には、ブラケット対向部４２が形成されている。プロテクタ対向部４１の車両前方を向く面は平坦であり、ブラケット対向部４２の車両後方を向く面も平坦である。理解を助けるため、図４、図５では、ブラケット対向部４２の車両後方を向く面をグレーで塗りつぶしてある。

図６に、リアブラケット５４の周辺の拡大図を示す。図６でも、ブラケット対向部４２の車両後方を向く面をグレーで塗りつぶしてある。プロテクタ対向部４１とブラケット対向部４２は、近接して対向している。

図７に、図６のVII－VII線でカットした断面図を示す。図７は、リアブラケット５４とプロテクタ４０を水平面でカットした断面である。プロテクタ４０は断面が矩形の筒である。筒の内側をＤＣパワーケーブル２５が通過している。図７の矢印Ｆは、車両が前方衝突したときに加えられる衝突荷重を示している。衝突荷重Ｆを受けた電力変換器１０は後退する。電力変換器１０が衝突荷重Ｆに押されて後退すると、プロテクタ対向部４１がブラケット対向部４２に接触する。プロテクタ対向部４１とブラケット対向部４２は面接触するので、荷重が分散され、衝突の衝撃が緩和される。衝突時にプロテクタ対向部４１とブラケット対向部４２が面接触することで、リアブラケット５４の予期しない部位（例えば鋭い角部）とＤＣパワーケーブル２５が干渉してＤＣパワーケーブル２５がダメージを受けることが防止される。

前述したように、プロテクタ対向部４１の車両前方を向く面は平坦であり、ブラケット対向部４２の車両後方を向く面も平坦である。車両の前後方向を向く平坦面同士が当接するので、プロテクタ４０は姿勢をほぼ変えずに電力変換器１０とともに後退する。ＤＣパワーコネクタ１５に対するプロテクタ４０の姿勢が保持される。それゆえ、ＤＣパワーコネクタ１５とプロテクタ４０の連結部分に偏荷重が加わり難くなる。ＤＣパワーケーブル２５のＤＣパワーコネクタ１５との接続部位もダメージを受け難い。したがってＤＣパワーコネクタ１５の内部での断線や端子の外れも生じ難い。

（第２実施例）次に、第２実施例の搭載構造を説明する。第２実施例の搭載構造は、電気自動車１００ａに適用されている。図８に、電気自動車１００ａが備えている電力変換器１１０とその周辺機器のブロック図を示す。電気自動車１００ａは、走行用に１個のモータ７を備えている。

電力変換器１１０は、バッテリ３の電力を走行用のモータ７の駆動電力に変換するデバイスである。電力変換器１１０の回路構造は、第１実施例の電力変換器１０の回路構造（図２参照）からインバータ回路１３ｂとモータ７ｂを除いたものに相当する。すなわち、電力変換器１１０は、コンバータ回路１２とインバータ回路１３と、制御基板１４を備えている。インバータ回路１３は、第１実施例の電力変換器１０のインバータ回路１３ａに相当する。

電力変換器１１０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。電力変換器１１０の筐体１１１とパワーケーブル２５は、ＤＣパワーコネクタ１５で接続されている。また、インバータ回路１３の出力は、筐体１１１に接続されたモータコネクタ１７とモータパワーケーブル２７を介してモータ７に供給される。

コンバータ回路１２とインバータ回路１３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。

筐体１１１は、第１実施例における電力変換器１０の筐体１１と同様に、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１１１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９に電気自動車１００ａの正面図を示し、図１０に電気自動車１００ａの側面図を示す。図９、図１０では、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が理解できるように、電気自動車１００ａの車体と車輪は仮想線で描いてある。図９、図１０においても、図中の座標系のＦ軸の正方向が車両の前方を示し、Ｈ軸は車幅方向を示し、Ｖ軸の正方向は車両の上方を示す。

走行用のモータ７は、モータハウジング１３０に収容されている。モータハウジング１３０は、フロントコンパートメント５０の下方を車両前後方向に延びている一対のサイドメンバ５２の間に懸架されている。

フロントコンパートメント５０にて、一対のサイドメンバ５２の間に、２本のクロスメンバ（第１クロスメンバ５６と第２クロスメンバ５７）が架け渡されている。電力変換器１１０は、フロントブラケット５３とリアブラケット５４によって、第１クロスメンバ５６と第２クロスメンバ５７に支持されている。電力変換器１１０は、モータハウジング１３０の上方にて、第１クロスメンバ５６と第２クロスメンバ５７に支持されている。フロントブラケット５３は第１クロスメンバ５６に固定されているとともに、筐体１１１の前面１１１ｂに固定されている。リアブラケット５４は、第２クロスメンバ５７に固定されているとともに筐体１１１の後面１１１ａに固定されている。電力変換器１１０の筐体１１１は、モータハウジング１３０との間に隙間を有して第１クロスメンバ５６と第２クロスメンバ５７に支持されている。

筐体１１１の後面１１１ａには、ＤＣパワーケーブル２５のコネクタ（ＤＣパワーコネクタ１５）が取り付けられている。なお、筐体１１１に取り付けられているエアコンコネクタ１６、モータコネクタ１７、通信コネクタ１８の図示は省略してある。

ＤＣパワーケーブル２５はＤＣパワーコネクタ１５から下方へと延びており、リアブラケット５４の後方を上下方向に通過する。ＤＣパワーケーブル２５の後面１１１ａと対向する部位がプロテクタ４０で囲まれている。プロテクタ４０とリアブラケット５４は第１実施例のものと同じであり、プロテクタ４０とリアブラケット５４のそれぞれに、近接して互いに対向する対向部（プロテクタ対向部４１とブラケット対向部４２、図４－図７参照）が設けられている。

フロントコンパートメント５０にて、ＤＣパワーコネクタ１５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。車両が前方衝突すると、フロントブラケット５３とリアブラケット５４が変形あるいは破断し、電力変換器１１０が後退する場合がある。電力変換器１１０が後退すると、ＤＣパワーケーブル２５がリアブラケット５４とブレーキアクチュエータ５１との間に挟まれてダメージを受けるおそれがある。対向部を有しているリアブラケット５４とプロテクタ４０は、第１実施例の搭載構造と同様に、ＤＣパワーケーブル２５を保護する。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。モータ７ａ、７ｂを収容しているトランスアクスルがモータハウジングの一例である。リアブラケット５４との間でＤＣパワーケーブル２５を挟むおそれのある構造物は、ブレーキアクチュエータ５１に限られない。また、リアブラケット５４とフロントブラケット５３は、トランスアクスル３０やクロスメンバ５６、５７以外の構造物に固定されていてもよい。

本明細書が開示す搭載構造は、ハイブリッド車と電気自動車のほか、燃料電池車など、走行用のモータを有している自動車に適用することもできる。

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。

３：メインバッテリ
７、７ａ、７ｂ：モータ
１０、１１０：電力変換器
１１、１１１：筐体
１１ａ、１１１ａ：後面
１１１ｂ：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
１６：エアコンコネクタ
１７：モータコネクタ
１８：通信コネクタ
１９：パワーコネクタ取り付け口
２１：エアコンコネクタ取り付け口
２５：ＤＣパワーケーブル
３０：トランスアクスル
４０：プロテクタ
４１：プロテクタ対向部
４２：ブラケット対向部
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：フロントブラケット
５４：リアブラケット
５５：エンジン
５６：第１クロスメンバ
５７：第２クロスメンバ
１３０：モータハウジング

Claims (1)

1. 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のフロントコンパートメントへの搭載構造であり、
   前記電力変換器は、前記フロントコンパートメント内の構造物の上にフロントブラケットとリアブラケットを介して固定されており、
   前記電源の前記電力を前記電力変換器へ伝達するパワーケーブルのコネクタが前記電力変換器の車両後方を向く後面に取り付けられており、
   前記パワーケーブルは前記コネクタから下方へと延びており、
   前記パワーケーブルの前記後面と対向する部位がプロテクタで囲まれているとともに、前記プロテクタと前記リアブラケットのそれぞれに、近接して互いに対向する対向部が設けられている、搭載構造。

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