JP7283625B2 - インバータ - Google Patents

Description

本発明は、インバータに関する。

電気自動車やハイブリッド車両等の車両には、モータジェネレータの動作を制御するパワーユニット等が搭載される。このようなパワーユニットにおいて、車両の衝突時にも電力配線が露出しないような安全構造を有することが求められる。

ＪＰ２０１３－１２６８３９Ａには、車両衝突時の安全構造として、インバータに取り付けられた搭載ブラケットをインバータトレイの上方側に取り付け、衝突荷重が車両の前部に加わると、インバータトレイの後端部がパワーユニットマウントに当接する車載機器搭載構造が開示されている。

従来技術のように、インバータに更に別の構造物を取り付けて衝突時の緩衝を行なう構成では、構造が複雑となるばかりか、構成部品が増加し、重量も増加するという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、衝突時の安全を図れるインバータを提供することを目的とする。

本発明の一実施態様は、車両に搭載された構造物と対向するように配置され、ケースを有するインバータに適用される。ケースは、上側ケースと、上側ケースの底面側に取り付けられる下側ケースと、からなり、上側ケースは、下側ケースとの取付部を構成するフランジ部と、コネクタが接続されるコネクタ接続部と、を有する。コネクタ接続部は、その外壁を形成する外壁部が備えられ、フランジ部と外壁部との少なくとも一部が、コネクタ接続部と構造物とが対向する方向において、重複して配置される。そして、外壁部はアーチ状であり、コネクタ接続部は外壁部の外周形状に沿った方向にリブが形成される。

本発明によると、コネクタ接続部の外壁部と構造的に強度の高いフランジ部とが、構造物との対向方向において重複して配置されることで、コネクタ接続部の強度を確保することができる。これにより、衝突時にもケースの破損が防止でき、衝突時の安全性を向上できる。

図１は、本発明の一実施形態のインバータを備える駆動システムの側面図である。 図２は、駆動システムの上面図である。 図３は、上側ケースの斜視図である。 図４は、上側ケースの正面図である。 図５は、弱電コネクタ接続部とフランジ部との関係を示す説明図である。 図６は、弱電コネクタ接続部と構造物との関係を示す説明図である。 図７は、弱電コネクタ接続部とフランジ部との関係の他の例を示す説明図である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１及び図２は、本発明の一実施形態によるインバータ２０を備える駆動システム１０の説明図である。図１は、駆動システム１０の側面図を、図２は、駆動システム１０の上面図を、それぞれ示す。

なお、図１及び図２において、図の左側が車両の前方側を示し、図の右側が車両の後方側を示す。

図１及び図２に示すように、駆動システム１０は、車両の前方側に区画されたモータールーム１００内に搭載され、図示しない駆動輪を駆動させて車両を走行させる。モータールーム１００は車両の前方側ではなく、車両の後方側であってもよいし、車両の中央付近であってもよい。駆動輪は前輪であってもよいし、後輪であってもよい。

駆動システム１０は、インバータ２０、駆動モータ３０、発電機４０、エンジンＥ（図２参照）を備える。

駆動モータ３０及び発電機４０は、筐体５０に収容される。筐体５０の上部には、インバータ２０が固定される。インバータ２０は、車両の前方側に向かって斜め下方向に傾斜して固定されている。

インバータ２０は、図示しないバッテリからの電力を駆動モータ３０に供給して駆動モータ３０を駆動する。また、インバータ２０は、発電機４０が発電する電力を駆動モータ３０に供給して駆動モータ３０を駆動すると共に、バッテリを充電する。

駆動モータ３０は、インバータ２０からの電力の供給を受けて駆動する。車両の減速時には、駆動モータ３０は、駆動輪からの駆動力を受けて発電（回生）を行なう。発電された電力は、インバータ２０を介してバッテリに充電される。

発電機４０は、駆動力源としてのエンジンＥの駆動力を受けて発電する。エンジンＥは、例えばガソリンエンジンにより構成される。

インバータ２０は、ケース２１の内部に機能部品（パワーモジュール、コンデンサ等）が収装されて構成されている。

ケース２１は、上側ケース２２と、下側ケース２３とにより構成される。上側ケース２２は、底面側が開放された箱型形状に形成される。下側ケース２３は、上側ケース２２の底面を形成する。下側ケース２３は筐体５０に固定されており、上側ケース２２と下側ケース２３とは、ボルト等の締結により固定される。

上側ケース２２及び下側ケース２３は、例えば、アルミニウム等の合金を材料とした鋳造により形成される。

ケース２１には、信号線や電力線を引き通すための開口部が複数形成される。上側ケース２２は、弱電配線を引き通す弱電コネクタ２４０を固定する弱電コネクタ接続部２２１を備えている。この上側ケース２２には、強電配線を引き通す強電コネクタ（図示せず）を固定する強電コネクタ接続部２２２ａ、２２２ｂ等も形成されている（図３参照）。

弱電コネクタ接続部２２１は、上側ケース２２の側面に設けられており、車両の後方側に向かって斜め下方向に傾斜して形成される。弱電コネクタ接続部２２１にはケース２１の内外を連通する通路状の開口部２１４が形成されており、この開口部２１４に弱電コネクタ２４０が装着される。

次に、本実施形態のインバータ２０のケース２１の構造を説明する。図３は、上側ケース２２の斜視図であり、図４は上側ケース２２の正面図（図３中矢視Ａ）である。

上側ケース２２は、底面側が開放された箱型形状を有する。上側ケース２２の下端側（下側ケース２３側）の周囲にはフランジ部１２０が形成される。フランジ部１２０は、上側ケース２２の底面側でケース２１の四辺よりも外側に張り出している。フランジ部１２０は、上下方向に貫通する複数の固定穴１２０ａを有する。固定穴１２０ａは、下側ケース２３に同様に形成された固定穴と連通する位置に形成される。上側ケース２２を下側ケース２３に取り付ける際に、これら固定穴にボルト等を螺合することで、上側ケース２２と下側ケース２３とが固定される。このように、固定穴１２０ａにボルトを螺合することにより、上側ケース２２が下側ケース２３に取り付けられる取付部が構成される。

弱電コネクタ接続部２２１には、上側ケース２２の車両進行方向における後方側の側面１２４から後方側に向かってアーチ状に膨出して外壁部２１５が形成される。弱電コネクタ接続部２２１の開口部２１４には、インバータ２０において比較的低い電圧の信号が流通する弱電コネクタ２４０（図１参照）が接続される。

上側ケース２２の車両進行方向における側方側（進行方向に向かって左側）の側面１２２には、インバータ２０において比較的高い電圧の電力が流通する強電コネクタが接続される強電コネクタ接続部２２２ａ、２２２ｂが形成される。

ケース２１の内部には、インバータ２０において比較的高い電圧が印加されるパワーモジュールやコンデンサ等を含む強電部品３００が備えられる。強電部品３００は、インバータ２０の内部において、弱電コネクタ接続部２２１から離間した位置に（側面１２４とは反対側の車両前方側に位置する側面に隣接して）備えられている。強電部品３００は、インバータ２０内部で強電コネクタと接続される。

図１及び図２に示すように、弱電コネクタ接続部２２１は上側ケース２２の側面１２４から膨出しているので、車両の衝突時に、モータールーム１００の内部において、インバータ２０の近傍に存在する構造物１１０がインバータ２０に衝突する場合がある。この場合は、弱電コネクタ接続部２２１が破損する可能性があり、インバータ２０の安全性が低下する。安全性を向上するためには、弱電コネクタ接続部２２１の強度を高めることが望ましい。

弱電コネクタ接続部２２１の強度を高めるためには、弱電コネクタ接続部２２１の外壁部２１５の厚みを大きく形成することが考えられる。しかしながら、一般的に、鋳造部品の厚みを大きくした場合には鋳巣が増加することが知られている。鋳巣の発生によりケース２１の防水性が低下する可能性がある。

一方で、本実施形態の弱電コネクタ接続部２２１は、その内側に円筒形状の開口部２１４を有するので、平板状の部位（例えばフランジ部１２０や側面１２４等）と比較して鋳巣を目視により確認することが難しくなるばかりか、研磨、切削等の後処理も難しいため、鋳巣による影響を防止するための管理が困難となる。鋳巣の発生を抑制するためには、弱電コネクタ接続部２２１の肉厚を薄く形成することが求められる。しかしながら、肉厚を薄く形成した場合は、弱電コネクタ接続部２２１の強度が低下するので、衝突時の安全性が低下してしまう。

そこで、本実施形態では、弱電コネクタ接続部２２１の強度を高めて安全性を確保できるように、次のように構成した。

図３及び図４に示すように、弱電コネクタ接続部２２１は、フランジ部１２０に隣接して配置される。すなわち、弱電コネクタ接続部２２１の少なくとも一部（開口端２１４ａ）とフランジ部１２０とが、車両の前後方向であって、弱電コネクタ接続部２２１と構造物１１０とが対向する方向（車両の前後方向、又は、水平方向）において重複するように配置される。より具体的には、図５に示すように、弱電コネクタ接続部２２１の開口端２１４ａとフランジ部１２０とが、図中矢印方向に一体的に形成されている。

このように、上側ケース２２において、弱電コネクタ接続部２２１に構造的に強度が高いフランジ部１２０を一体的に形成することにより、ケース２１に新たな構成部品を追加することなく、弱電コネクタ接続部２２１の強度を高められる。さらに、弱電コネクタ接続部２２１の開口部２１４は円筒形状であるので、径方向に加わる力に対して構造的に強くなる。

車両の前後方向は、車両の衝突時に、対向して配置されたインバータ２０と構造物１１０とが互いに衝突する方向でもある（以降、前後方向を「衝突方向」とも称する）。これに対して、弱電コネクタ接続部２２１と構造物１１０とが衝突方向に重複して配置されることで、弱電コネクタ接続部２２１が構造物１１０に衝突した際にも、弱電コネクタ接続部２２１の破損を防止することができる。

また、弱電コネクタ接続部２２１の外壁となる外壁部２１５は、外側に膨出するアーチ形状であって、この外壁部２１５の外周面には、外壁部２１５を補強するリブ２３０が形成される。

本実施形態では、図３及び図４に示すように、弱電コネクタ接続部２２１の外壁部２１５に、リブ２３０（第１リブ２３０ａ、第２リブ２３０ｂ、第３リブ２３０ｃ）が形成されている。

第１リブ２３０ａは、弱電コネクタ接続部２２１の開口部２１４の開口端２１４ａと略平行に、外壁部２１５の外周面に沿って隆起して形成される。第２リブ２３０ｂは、弱電コネクタ接続部２２１の開口端２１４ａに対して傾斜して、外壁部２１５の外周面に沿って隆起する二つのリブが外壁部２１５の中心付近で交差して形成される。第３リブ２３０ｃは、弱電コネクタ接続部２２１の外壁部２１５の両側に、開口部２１４の通路方向と同方向に縦向きに形成される二つのリブにより構成される。

このように、弱電コネクタ接続部２２１の外壁部２１５にリブ２３０が備えられることで、外壁部２１５の強度を高めることができる。なお、リブ２３０は、外壁部２１５を補強するための構造であれば様々な形状をとることができる。少なくとも第１リブ２３０ａのように、開口端２１４ａと略平行に形成される隆起が外壁部２１５に備えられていればよい。

また、弱電コネクタ接続部２２１は、上側ケース２２の側面１２２と側面１２４とが交わる角部１２８（平面視で長方形の上側ケース２２の角となる部位）に隣接する位置に形成される。このように、上側ケース２２において構造的に強度が高い角部１２８に弱電コネクタ接続部２２１が隣接して配置されることで、弱電コネクタ接続部２２１の強度をより高めることができる。

また、本実施形態のインバータ２０は、図１に示すように、車両の前方側に向かって斜め下方向に傾斜して固定されている。より具体的には、弱電コネクタ接続部２２１の外壁部２１５は、斜め下方側に傾斜して形成されている。

このような構成により、図６に示すように、弱電コネクタ接続部２２１の外壁部２１５から接線方向に延長する延長線Ｓと、構造物１１０から弱電コネクタ接続部２２１への対向方向（衝突方向）へと延長する延長線Ｔとがなす接触角がθとなる。この接触角θは、鋭角であることが好ましい。このように、外壁部２１５の延長線と構造物１１０の側面の延長線とが接触角θを持って配置されることで、衝突時に構造物１１０とケース２１とが接触した際にも、構造物１１０が外壁部２１５の外面の傾斜に沿って移動する。これにより、弱電コネクタ接続部２２１に作用する衝撃を分散でき、弱電コネクタ接続部２２１及びケース２１の破損を防止することができる。

なお、衝突時の衝撃や構造物１１０の形状によっては、構造物１１０が弱電コネクタ接続部２２１の開口側の端部に当接する場合もあり得る。このような場合にも、前述のように弱電コネクタ接続部２２１の強度が高く構成されていることで、構造物１１０によってケース２１が破損されることが防止される。

以上説明したように、本発明の実施形態のインバータ２０は、ケース２１を有し、インバータ２０に隣接して構造物１１０が配置されており、ケース２１は、上側ケース２２と、上側ケース２２の底面側に取り付けられる下側ケース２３と、からなる。上側ケース２２は、下側ケース２３との取付部を構成するフランジ部１２０と、弱電コネクタ２４０が接続される弱電コネクタ接続部２２１と、を有する。弱電コネクタ接続部２２１は、その外壁を形成する外壁部２１５が備えられ、フランジ部１２０と外壁部２１５との少なくとも一部が、弱電コネクタ接続部２２１と構造物１１０とが対向する方向において、重複して配置される。

このように構成することにより、弱電コネクタ接続部２２１と、構造的に強度が高いフランジ部１２０とが重複して配置されることで、弱電コネクタ接続部２２１の強度を確保することができ、衝突時にもケース２１の破損を防止できるので、安全性を向上できる。

なお、図７に示す他の例のように、弱電コネクタ接続部２２１の開口端２１４ａと、フランジ部１２０とが、衝突方向で離間した状態で重複するように配置される構造であってもよい。このような構成であっても、構造的に強度が高いフランジ部１２０と弱電コネクタ接続部２２１とが衝突方向に重複して配置される場合であっても、弱電コネクタ接続部２２１の強度を高められる。

また、本発明の実施形態のインバータ２０は、外壁部２１５はアーチ状であり、弱電コネクタ接続部２２１は、外壁部２１５の外周形状に沿った方向にリブ２３０が形成される。これにより、外壁部２１５の強度をより高められる。

また、本発明の実施形態のインバータ２０は、弱電コネクタ接続部２２１は、平面視において上側ケース２２の角部１２８に隣接して形成される。これにより、構造的に強度が高い角部１２８に隣接することで弱電コネクタ接続部２２１の強度を確保することができる。

また、本実施形態のインバータ２０は、フランジ部１２０は、角部１２８に隣接する箇所で、下側ケース２３との取付部を構成するボルトが貫通する貫通口である固定穴１２０ａを有する。これにより、構造的に強度が高い取付部に隣接することで、弱電コネクタ接続部２２１の強度を確保することができる。

また、本実施形態のインバータ２０は、強電部品３００（パワーモジュール、コンデンサ等）を有し、強電部品３００は、ケース２１内において、弱電コネクタ接続部２２１とは離間した位置に配置される。これにより、衝突時は、構造物１１０は、まず弱電コネクタ接続部２２１の外壁部２１５に当接することになり、これら強電部品に対して直接接することがないため、衝突時の安全性を向上できる。

また、本実施形態のインバータ２０は、外壁部２１５の外周面の延長線と、構造物１１０の側面の延長線とが、互いに所定の接触角θを持って配置されている。これにより、衝突時に構造物１１０がケース２１に衝突した際にも、弱電コネクタ接続部２２１の外壁部２１５の外面の傾斜に沿って構造物１１０が移動するので、衝撃を分散することができる。

以上、本発明の実施形態、及びその変形例について説明したが、上記実施形態及び変形例は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

前述した本実施形態では、インバータ２０のケース２１を例に説明したが、これに限られない。モータールーム１００に配置される他の機能部品のケースに適用されるものであってもよい。

また、本実施形態では、駆動モータ３０を駆動することにより走行するハイブリッド式の電気自動車を例に説明したが、これに限られない。駆動モータ３０とエンジンＥの駆動力とにより走行するパラレルハイブリッド式の自動車であってもよい。

Claims (5)

1. 車両に搭載された構造物に対して対向するように配置されたインバータであって、
   ケースを有し、
   前記ケースは、上側ケースと、前記上側ケースの底面側に取り付けられる下側ケースと、からなり、
   前記上側ケースは、前記下側ケースとの取付部を構成するフランジ部と、コネクタが接続されるコネクタ接続部と、を有し、
   前記コネクタ接続部は、その外壁を形成する外壁部が備えられ、
   前記フランジ部と前記外壁部との少なくとも一部が、前記コネクタ接続部と前記構造物とが対向する方向において、重複して配置され、
   前記外壁部は、アーチ状であり、
   前記コネクタ接続部は、前記外壁部の外周形状に沿った方向にリブが形成される、
   インバータ。
2. 請求項１に記載のインバータであって、
   前記コネクタ接続部は、平面視において前記上側ケースの角部に隣接して形成される
   インバータ。
3. 請求項２に記載のインバータであって、
   前記フランジ部は、前記角部に隣接する箇所で、前記下側ケースとの前記取付部を構成するボルトが貫通する貫通口を有する
   インバータ。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載のインバータであって、
   前記インバータは強電部品を有し、
   前記強電部品は、前記ケース内において、前記コネクタ接続部とは離間した位置に配置される
   インバータ。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載のインバータであって、
   前記外壁部の外周面の延長線と、前記構造物の側面の延長線とが、互いに所定の接触角を持って配置されている
   インバータ。

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