JPWO2013168227A1 - 電気自動車 - Google Patents

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Abstract

本明細書は、フロントコンパートメント内に配置されたインバータとモータを接続しているパワーケーブルが衝突の際に破断し難い構造を提供する。ハイブリッド車100では、インバータ5が、フロントブラケット12とリアブラケット13を使って隙間を設けてドライブトレイン2の上部に固定される。フロントブラケット12はインバータ5の前面とドライブトレイン2を連結する。リアブラケット13はインバータ5の後面とドライブトレイン2を連結する。ここで、インバータ5の前面は、車両の前方を向いている側面に相当する。車両が衝突した際、フロントブラケット12とリアブラケット13により、インバータ5は後下方へ移動し、ドライブトレイン2との距離が縮まる。それゆえ、パワーケーブル22が破断し難い。

Description

本明細書が開示する技術は、電気自動車に関する。本明細書における電気自動車は、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車や燃料電池車を含む。
電気自動車は、車輪駆動用のモータと、そのモータに電力を供給するインバータを備える。車輪駆動用のモータは定格電力が大きく、インバータからモータへは大電流が供給される。それゆえ、インバータをモータの近くに配置し、インバータとモータを接続するケーブル(以下、「パワーケーブル」と称する)を短くすることが好ましい。例えば、特開2004−328870号公報(特許文献1)には、パワーケーブルを短くするために、インバータをモータの後部あるは上部に固定することが提案されている。
インバータをモータの近くに配置するには、モータとインバータをエンジンルームに格納することになる。多くの自動車では、エンジンルームは車両の前方に位置する。車両前方のエンジンルームは、フロントコンパートメントと呼ばれることがある。本明細書でも、以下、車両前方に位置するエンジンルームを「フロントコンパートメント」と称する。フロントコンパートメントに配置されたデバイスは、車両が衝突した際にダメージを受ける虞がある。ダメージを受けた場合であっても、パワーケーブルが破断しなければ、走行が可能な場合がある。それゆえ、車両が衝突した場合であってもパワーケーブルが破断し難い構造が望まれる。
衝突時のパワーケーブル破断の要因の一つは、衝突の衝撃によりモータ又はインバータが後退し、それらの距離が拡がることである。そこで、衝突時にモータとインバータの間の距離が拡がり難い構造の一例が、特開2006−088871号公報(特許文献2)に開示されている。特許文献2に開示されている技術は次の通りである。インバータが、フロントコンパートメントのサイドメンバ上に固定されている。モータは、サイドメンバの下のサスペンションメンバ上に固定されている。なお、サイドメンバとサスペンションメンバは、車体のフレームに相当する。サイドメンバとサスペンションメンバは、共に、車両衝突時に車体下方に折れ曲がるように作られている。サイドメンバとサスペンションメンバが同じ方向に折れ曲がることで、インバータとモータの相対位置が大きく変化することを防止し、パワーケーブルが破断する可能性を低減する。
特許文献2の技術は、インバータとモータを異なるメンバ(サイドメンバとサスペンションメンバ)に固定する。衝突の際、サイドメンバの変形とサスペンションの変形が異なると、インバータとモータの間の距離が拡がり、パワーケーブルが破断してしまう虞がある。また、特許文献2の技術は、インバータの固定位置とモータの固定位置を別々に決定しなければならない。従って設計のフレキシビリティが小さい。本明細書は、特許文献2とは異なるアプローチで、衝突の際にパワーケーブルが破断し難い構造を提供する。
本明細書が開示する技術は、電気自動車のフロントコンパートメント内のドライブトレインと、モータへ交流電力を供給するインバータの配置に関する。ドライブトレインは、車輪駆動用のモータを格納した構造体である。本明細書が開示する技術は、インバータを、フロントブラケットとリアブラケットを使って隙間を設けてドライブトレインの上部に固定する。フロントブラケットはインバータの前面とドライブトレインを連結する。リアブラケットはインバータの後面とドライブトレインを連結する。ここで、インバータの前面は、車両の前方を向いている側面に相当する。インバータの後面は、車両の後方を向いている側面に相当する。パワーケーブルは、インバータとドライブトレインの間に配索されるケーブルであり、そのケーブルを通じてインバータからモータへ電力が供給される。
上記の構造によれば、車両が衝突してインバータがその前面に衝撃を受けると、前後のブラケットが変形し、インバータは後退しつつ隙間に沈む。前後のブラケットの変形が衝撃を緩和するとともに、インバータとドライブトレインが近づく。それゆえ、上記の構造によれば、パワーケーブルが破断する可能性が小さい。
上記の構造のさらなる改良として、車両横方向から見たときに、フロントブラケットがドライブトレイン側の固定箇所とインバータ側の固定箇所の間で波打っていることが好ましい。フロントブラケットが波打っていることによって、前方から衝撃を受けた際に、インバータの前部の移動可能距離が長くなる。それゆえ、より多くの衝撃を吸収することができるようになる。
なお、前述した特許文献1には、ブラケットを使ってモータの上にインバータを固定する技術が開示されている。しかしながら、特許文献1の技術では、インバータは、その中央直下でモータに固定されている。それゆえ、インバータの前方から衝撃が加わると、ブラケットが折れてインバータがモータから外れる可能性が高い。本明細書が開示する上記の構造は、インバータの前後をブラケットで固定しているため、ブラケットが折れてインバータが外れる可能性は小さい。また、特許文献1に開示された構造では、パワーケーブルはインバータの後面から延びており、特許文献2に開示された構造では、パワーケーブルはインバータの前面から延びている。パワーケーブルがインバータの後面から延びている場合、衝突時にインバータが後退したときにパワーケーブルがインバータと他のデバイスの間に挟まれて破断する虞がある。パワーケーブルがインバータの前面から延びている場合、衝突時にパワーケーブルがインバータの前方のデバイスとインバータとの間に挟まれて破断する虞がある。
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
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。 フロントコンパートメント内のデバイス配置を表す平面図である。 ドライブトレインと、その上部に固定されたインバータの側面図である。 ドライブトレインの上部に固定されたインバータの前面図である。 ドライブトレインの上部に固定されたインバータの後面図である。 プロテクタ付近の拡大前面図である。
図面を参照して実施例の電気自動車を説明する。実施例の電気自動車は、車輪駆動用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車である。図1と図2に、ハイブリッド車100のフロントコンパートメント94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94の斜視図であり、図2は平面図である。なお、図1、図2は、フロントコンパートメント内のデバイスの形状を簡略化して表している事に留意されたい。また、図中のx軸が車両前方に対応し、y軸が車両の横方向に対応し、z軸が車両の上方に対応する。
フロントコンパートメント94内に搭載される主要なデバイスは、エンジン97、ドライブトレイン2、サブバッテリ6、ラジエータ96、モータ3に交流電力を供給するインバータ5である。その他、符号92はリレーボックスを示し、符号93はエアコンのコンプレッサを示す。車輪を駆動する第1モータ3及び第2モータ4、モータとエンジンの出力トルクを増幅するトランスミッション、及び、デフが、ドライブトレイン2に格納されている。従って図1、2ではモータ3、4は、直接は見えないことに留意されたい。
エンジン97とドライブトレイン2は、シャシのフレームを構成するサイドフレーム95(サイドメンバ)に固定されている。ラジエータ96はフレームの一部を構成するフロントフレーム98(フロントバンパリインフォースメント)に固定されている。車両のボディ90も、サイドフレーム95とフロントフレーム98に支持される。
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97とモータ3、4を切り換えて用いる。大きな駆動力が必要な場合はエンジン97と2個のモータ3、4を駆動源として同時に用いる。そうでない場合は、少なくとも一方のモータは電力を発生するジェネレータとして用いられる。ドライブトレイン2の内部のトランスミッションが、エンジン97の出力とモータ3、4の出力を切り換えたり、あるいは両者を加えてデフに伝達する。トランスミッションは、エンジン97の駆動力の一部をモータ3又は4に伝達する場合もある。その場合はエンジンの駆動力によりモータが発電する。即ち、2個のモータ3、4の少なくとも一方はジェネレータとしても機能する。ドライブトレイン2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。ドライブトレイン2の詳細な構造については説明を省略する。モータ3、4は、ブレーキ時の減速エネルギ(回生エネルギ)を電気エネルギに変換する場合もある。
ドライブトレイン2は、後述するように、通称複軸タイプと呼ばれるハイブリッド用トランスアクスルである。このドライブトレイン2は、2個のモータ(あるいはモータジェネレータ)とデフギアを内蔵する。2個のモータの主軸と、デフの軸は、平行に伸びている。また、ドライブトレイン2の上面は前傾している。その前傾上面にインバータ5が固定されている。インバータ5は、フロントブラケット12とリアブラケット13によって、ドライブトレイン2の上面との間に隙間を有して固定されている。インバータ5の車両横方向の側面に、モータに電力を供給するケーブル(パワーケーブル)のコネクタ21が取り付けられている。ハイブリッド車100は3相駆動の2個のモータ3、4を備えるので、インバータ5からは6本(UVW×2セット)のパワーケーブルが延びている。
インバータ5の左前方にサブバッテリ6が位置している。サブバッテリ6は、カーオーディオやルームランプなど、小電力のデバイスに電力を供給する。なお、図示は省略しているが、車輪駆動用のモータ3、4のための高出力のメインバッテリは、後部シートの下、或いは、リアコンパートメントに格納される。
サブバッテリ6に対向するインバータ5の左上角部にコーナプロテクタ14が取り付けられている。衝突の際、障害物がサブバッテリ6と衝突し、サブバッテリ6がインバータ5に向かって後退する可能性がある。コーナプロテクタ14は、衝突の際、インバータ5をサブバッテリ6から保護する。
サブバッテリ6は、取付金具15とゴムベルト31でサイドフレーム95に固定されている。取付金具15は、サブバッテリ6の側方と上方を囲んでおり、その先端のフック15aに、下から延びているゴムベルト31を引っ掛けてサブバッテリ6は固定される。詳しくは後述するが、衝突の際、サブバッテリ6が後退したとき、フック15aからパワーケーブルを保護するため、プロテクタ12pがフロントブラケット12から側方に延びている。
インバータ5の固定構造を詳しく説明する。図3に、ドライブトレイン2と、その上部に固定されたインバータ5の側面図を示す。図4と図5に、ドライブトレイン2の上部に固定されたインバータ5の前面図と後面図を示す。なお、理解を助けるために、図3では、プロテクタ12pの図示は省略してあることに留意されたい。前述したように、ドライブトレイン2は、複軸タイプであり、2個のモータ3、4の主軸2a、2bと、デフの軸2cが、車両横方向に平行に延びている。ドライブトレイン2の上面は前傾している。その前傾上面にインバータ5がフロントブラケット12とリアブラケット13により固定されている。フロントブラケット12とリアブラケット13は、例えば鉄で作られている。フロントブラケット12は、インバータ5の前面を固定しており、リアブラケット13はインバータ5の後面を固定している。インバータ5も前傾で固定される。フロントブラケット12のドライブトレイン側の左右2つの固定箇所はボルト25cで固定されており、インバータ側の左右2箇所の固定箇所はボルト25aで固定されている。リアブラケット13のドライブトレイン側の左右2つの固定箇所はボルト25dで固定されており、インバータ側の左右2箇所の固定箇所はボルト25bで固定されている。図3に仮想線で示すように、インバータ5を固定しているボルト25a、ボルト25bは、車両の前後方向に沿うように延びている。なお、「車両の前後方向を向くように」とは、概ね車両の前後方向に沿っていればよい。ボルト25a、25bは、厳密には、インバータ5の前傾角度と同じ角度でインバータ5にねじ込まれる。
図3にて符号12aが示すように、車両側方から見たときに、フロントブラケット12は、ドライブトレイン側の固定箇所とインバータ側の固定箇所の間で波打っている。
インバータ5の車両横方向の側面にはパワーケーブル22の一方側のコネクタ21が取り付けられる。パワーケーブル22の他方のコネクタ23は、ドライブトレイン2の傾斜上面に取り付けられる。コネクタ23は、インバータ5の直下に位置する。別言すれば、モータ3、4に電力を供給するためのパワーケーブル22は、インバータ5の車両横方向側面から出て、ドライブトレイン2の上面へと繋がっている。
ドライブトレイン2の上面とインバータ5の下面との間には隙間Gが設けられている。フロントブラケット12とリアブラケット13、及び、隙間Gの構成が、車両が衝突した際にパワーケーブル22が破断する可能性を低くする。図3の符号Fは、車両が衝突した際にインバータ5に加わる衝撃を表している。符号Fが示す衝撃がインバータ5の前方に加わると、フロントブラケット12とリアブラケット13が後方へ倒れ、インバータ5は、後退するとともに隙間Gへと沈む。即ち、インバータ5は前方から衝撃を受けると後下方へ移動する。図4の矢印Aが、インバータ5の動きを示している。フロントブラケット12とリアブラケット13の変形と、インバータ5の移動が、衝撃力を緩和する。さらに、矢印Aが示す方向にインバータ5が移動すると、インバータ5がドライブトレイン2の上面に近づく。即ち、コネクタ21とコネクタ23の間の距離が近くなる。それゆえ、衝突の際、パワーケーブル22が破断する虞が小さい。
また、図3の符号12aが示すように、フロントブラケット12は、車両側方から見ると波打っている。車両が衝突した際、波打っている湾曲部分が延びて、インバータ5の前部が移動できる距離が長くなる。インバータ5の移動距離が長くなれば、衝突の衝撃をより一層緩和することができる。フロントブラケット12の波打っている箇所12aも、衝突の衝撃を緩和することに貢献する。
フロントブラケット12は、側方に延びるプロテクタ12pを有している。図6を参照してプロテクタ12pの機能を説明する。図6は、インバータ5の一部と、サブバッテリ6を前方からみた図である。前述したように、サブバッテリ6は、取付金具15とゴムベルト31でサイドメンバ95に固定されている。取付金具15の先端は湾曲しており、フック15aを構成している。そのフック15aに、サイドメンバ95から延びるゴムベルト31が引っ掛けられ、サブバッテリ6は固定される。
図6によく示されているように、プロテクタ12pは、車両前方から見ると、フック15aと重なるように位置している(図2も参照されたい)。また、フック15aはプロテクタ12pの前方に位置し、プロテクタ12pの後方にはパワーケーブル22が位置する。即ち、プロテクタ12pは、車両の前後方向でフック15aとパワーケーブル22の間に位置する。車両が衝突した際、障害物がサブバッテリ6にぶつかり、サブバッテリ6が後退する可能性がある。その場合、仮にプロテクタ12pが無いと、フック15aがパワーケーブル22に向かって後退し、パワーケーブル22を切断する虞がある。フック15aとパワーケーブル22の間に位置するプロテクタ12pは、フック15aからパワーケーブル22を保護する。
実施例のハイブリッド車100の特徴は以下の通りである。ドライブトレイン2の上面は前傾している。インバータ5は、フロントブラケット12とリアブラケット13によって、隙間Gを有してドライブトレイン2の上部に固定されている。モータ3、4に電力を供給するパワーケーブル22が、インバータ5の車両横方向の側面からドライブトレイン2の上面まで延びている。インバータ5は、前傾ポジションでドライブトレイン2の上面に固定されている。インバータ5は、下方に隙間Gを有して前傾ポジションで固定されているため、前方から衝撃を受けるとフロントブラケット12/リアブラケット13が変形し、後退しつつ隙間Gへ沈む。別言すれば、ハイブリッド車100が衝突した際、フロントブラケット12とリアブラケット13は、パワーケーブル22が破断しないように、インバータ5に対して、ドライブトレイン2に向かう少しの移動を許容する。それゆえ、衝撃が緩和される。さらに、インバータ5が隙間Gへ沈み込むことによって、インバータ5とドライブトレイン2の間の距離が短くなる。それゆえ、車両が衝突し、インバータ5の前面から障害物が衝突したとしても、パワーケーブル22が破断する可能性は小さい。
ハイブリッド車100では、車両を横方向から見たときに、フロントブラケット12がドライブトレイン2の側の固定箇所とインバータ5の側の固定箇所の間で波打っている(図3の符号12aが示す部分)。車両が衝突し、インバータ5の前面から障害物が衝突すると、波打っている部分12aが延びる。フロントブラケット12の変形量が大きくなり、衝撃力がより一層緩和される。
また、インバータ5は前傾している。それゆえ、インバータ5の前面に障害物が衝突したとき、インバータ5はドライブトレイン2へ向かって移動する可能性が高い。このことも、パワーケーブル22が破断しないことに貢献する。
フロントブラケット12とインバータ5の前面、及び、リアブラケット13とインバータ5の後面はボルト25a、25bによって固定されている。ボルト25a、25bは、概ね車両の前後方向に沿って延びている。より厳密には、ボルト25a、25bは、インバータ5の傾斜角と同じ角度で延びている。そのような構造により、車両が衝突した際にボルトに大きなせん断力が加わる可能が小さい。それゆえ、車両が衝突した際にボルト25a、25bが破断する可能性が小さい。即ち、衝突時にフロント/リアブラケットが外れる可能性は小さい。
モータ3、4に電力を供給するパワーケーブル22がインバータ5の横方向の側面から延びている。そのパワーケーブル22を保護するために、プロテクタ12pがフロントブラケット12の側方から、パワーケーブル22と金具先端のフック15aの間まで延びている。車両の前方から見たときに、プロテクタ12pと、サブバッテリ6を固定する金具の先端(フック15a)が重なっている(図6)車両が衝突した際、サブバッテリ6とともに取付金具15も後退すると、金具の先端(フック15a)がパワーケーブル22を引っ掛け、破断する可能性がある。プロテクタ12pは、パワーケーブル22を金具先端のフック15aによる破断から保護する。なお、プロテクタ12pは、フロントブラケット12の一部である。
フロントブラケット12は、車両横方向からみたときに、途中で波打っている。波打っている箇所(図3の符号12aが示す領域)は、衝撃によってインバータ5が動くことができる距離を長くすることができる。この点もインバータ5に加わる衝撃を下げることに貢献する。
また、パワーケーブル22がインバータ5の側面から出ており、ドライブトレイン2の上面に繋がっている。そのような構造も、車両が衝突してインバータ5が移動するような場合でもパワーケーブル22を破断から守る。
実施例の電気自動車はモータとエンジンを備えるハイブリッド車であった。本明細書が開示する技術は、エンジンを備えない電気自動車に適用することもできる。また、本明細書が開示する技術は、燃料電池車に適用することも好適である。その場合はメインバッテリが燃料電池に相当する。
本発明の代表的かつ非限定的な具体例について、図面を参照して詳細に説明した。この詳細な説明は、本発明の好ましい例を実施するための詳細を当業者に示すことを単純に意図しており、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。また、開示された追加的な特徴ならびに発明は、さらに改善された電気自動車を提供するために、他の特徴や発明とは別に、又は共に用いることができる。
また、上記の詳細な説明で開示された特徴や工程の組み合わせは、最も広い意味において本発明を実施する際に必須のものではなく、特に本発明の代表的な具体例を説明するためにのみ記載されるものである。さらに、上記の代表的な具体例の様々な特徴、ならびに、独立及び従属請求項に記載されるものの様々な特徴は、本発明の追加的かつ有用な実施形態を提供するにあたって、ここに記載される具体例のとおりに、あるいは列挙された順番のとおりに組合せなければならないものではない。
本明細書及び/又は請求の範囲に記載された全ての特徴は、実施例及び/又は請求の範囲に記載された特徴の構成とは別に、出願当初の開示ならびに請求の範囲に記載された特定事項に対する限定として、個別に、かつ互いに独立して開示されることを意図するものである。さらに、全ての数値範囲及びグループ又は集団に関する記載は、出願当初の開示ならびに請求の範囲に記載された特定事項に対する限定として、それらの中間の構成を開示する意図を持ってなされている。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。また、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するものであり、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。
本明細書が開示する技術は、電気自動車のフロントコンパートメント内のドライブトレインと、モータへ交流電力を供給するインバータの配置に関する。ドライブトレインは、車輪駆動用のモータを格納した構造体である。本明細書が開示する技術は、インバータを、フロントブラケットとリアブラケットを使って隙間を設けてドライブトレインの上部に固定する。フロントブラケットはインバータの前面とドライブトレインを連結する。リアブラケットはインバータの後面とドライブトレインを連結する。ここで、インバータの前面は、車両の前方を向いている側面に相当する。インバータの後面は、車両の後方を向いている側面に相当する。パワーケーブルは、インバータとドライブトレインの間に配索されるケーブルであり、そのケーブルを通じてインバータからモータへ電力が供給される。本明細書の電気自動車では、パワーケーブルがインバータの横方向の側面から伸びている。そして、パワーケーブルを保護するプロテクタがフロントブラケットからパワーケーブルの前方に延びている。
上記の構造によれば、車両が衝突してインバータがその前面に衝撃を受けると、前後のブラケットが変形し、インバータは後退しつつ隙間に沈む。前後のブラケットの変形が衝撃を緩和するとともに、インバータとドライブトレインが近づく。それゆえ、上記の構造によれば、パワーケーブルが破断する可能性が小さい。さらに、上記の構造によれば、プロテクタによりパワーケーブルを保護することができる。

Claims (6)

  1. 車両のフロントコンパートメント内に配置されており、車輪駆動用のモータを格納したドライブトレインと、
    前記モータへ交流電力を供給するインバータと、
    を備えており、
    インバータは、フロントブラケットとリアブラケットによりドライブトレインの上部に隙間を有して固定されており、
    フロントブラケットはインバータの前面とドライブトレインを連結しており、
    リアブラケットはインバータの後面とドライブトレインを連結している、
    ことを特徴とする電気自動車。
  2. 車両横方向から見たときに、フロントブラケットがドライブトレイン側の固定箇所とインバータ側の固定箇所の間で波打っていることを特徴とする請求項1に記載の電気自動車。
  3. フロントブラケットとインバータの前面、及び、リアブラケットとインバータの後面はボルトによって固定されており、前記ボルトが車両前後方向に沿って延びていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電気自動車。
  4. モータに電力を供給するパワーケーブルがインバータの横方向の側面から延びていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電気自動車。
  5. パワーケーブルを保護するプロテクタがフロントブラケットからパワーケーブルの前方へ延びていることを特徴とする請求項4に記載の電気自動車。
  6. フロントコンパートメント内に配置されたバッテリをさらに備えており、
    車両前方から見たときに、前記バッテリを固定する金具の先端と前記プロテクタが重なっていることを特徴とする請求項5に記載の電気自動車。
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