JPWO2014128855A1 - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

本明細書は、電気自動車のフロントコンパートメントの空間を有効に使う技術を提供する。本明細書が開示する電気自動車は、インバータを、フロントコンパートメント内にて、サイドメンバよりも車幅方向の外側に配置する。それゆえ、２本のサイドメンバの間の空間に他のデバイスを配置することができる。インバータは、その車幅方向の内側がフレームメンバに固定される。インバータの車幅方向の外側は、キャビン外板に固定される。さらに、インバータは、サイドメンバよりも上方に配置され、内側の固定強度が外側の固定強度よりも低い。固定強度に差を設けることによって、斜め前方から衝撃を受けた際、サイドメンバとインバータの間の固定が先に外れ、インバータはサイドメンバから自由になる。

Description

本発明は、電気自動車に関する。特に、電気自動車において、バッテリの直流電力を交流に変換してモータに供給するインバータの搭載構造に関する。本明細書における「電気自動車」は、モータとともにエンジンを備えるハイブリッド車や燃料電池車を含む。

車体の構造には２種類ある。モノコック構造とフレーム構造である。モノコック構造は、板材で構造強度を与えるものであり、フレーム構造は、梁を組み合わせたフレームで構造強度を与えるものである。フレーム構造の自動車は、構造強度を与える主たる部材として、前後方向に伸びる２本の梁を有する。その梁は、サイドメンバ、あるいはサイドフレームと呼ばれる。２本のサイドメンバは、フレームの主たるメンバである。２本のサイドフレームは、車幅方向に伸びる補助的な梁で連結される。

駆動系の主要な部品は、フロントコンパートメント内で２本のサイドメンバの間に配置される。２本のサイドメンバの間の空間が、デバイスを衝撃から保護するのに適しているからである。例えば特開２００５−０２９０５７号公報には、２本のサイドメンバの間にエンジンを配置した自動車が開示されている。特開２００４−１７５３０１号公報は、インバータの配置を改良した電気自動車を開示する。その電気自動車は、バッテリと、バッテリの直流電力を交流に変換してモータに供給するインバータを２本のサイドメンバの間に配置する。なお、他に、インバータを衝突の衝撃から保護する技術として、特開２００５−２６２８９４号公報に次の技術が開示されている。その技術では、フレームメンバに対してブラケットと呼ばれる金具でインバータを固定する。そのブラケットにパワーケーブルを固定する。パワーケーブルは、インバータとモータを接続するケーブルであり、大電流が流れるため、衝撃から保護すべき部品である。衝撃を受けると、フレームメンバの変形に応じてブラケットも変形するので、インバータとブラケットの相対的な変位量が小さくなる。それゆえ、パワーケーブルが破断する可能性を小さくすることができる。

重要なデバイスは２本のサイドメンバの間に配置することが好ましいが、それではデバイス配置の自由度が小さい。本明細書は、電気自動車のフロントコンパートメントの空間を有効に使う技術を提供する。本明細書が開示する電気自動車は、インバータを、フロントコンパートメント内にて、サイドメンバよりも車幅方向の外側に配置する。それゆえ、２本のサイドメンバの間の空間に他のデバイスを配置することができる。ここで、「サイドメンバ」は、前述したように、車両のフレームメンバの一種であり、車両の前後方向に伸びている。また、「サイドメンバよりも車幅方向の外側」とは、車両の車幅方向の中心に対してサイドメンバよりも遠い側を意味する。また、「インバータをサイドメンバよりも外側に配置する」とは、インバータの全体がサイドメンバよりも外側に位置する必要はなく、インバータの少なくとも半分がサイドメンバよりも外側に配置されていればよい。そうすれば、インバータの半分のボリュームに相当する別のデバイスを２本のサイドメンバの間に配置することができる。

インバータは、好ましくは次の態様で固定されると良い。インバータは、その車幅方向の内側がフレームメンバに固定される。インバータの車幅方向の外側は、キャビン外板に固定される。「キャビン外板」とは、キャビンを画定する殻状の金属板である。さらに、インバータは、サイドメンバよりも上方あるいは下方に配置され、内側の固定強度が外側の固定強度よりも低いとよい。固定強度に差を設けることによって、斜め前方から衝撃を受けた際、サイドメンバとインバータの間の固定が先に外れ、インバータはサイドメンバから自由になる。他方、インバータはキャビン外板とは繋がっているので、衝撃を受けた際、キャビン外板の変形に応じてインバータは移動することができる。インバータが移動することで、インバータが受ける衝撃が緩和される。

サイドメンバは剛性の高い鉄で作られており、他方、キャビン外板は鋼板で作られているので、材料の剛性はサイドメンバの方が高い。それゆえ、インバータとサイドメンバの間の固定強度を、インバータとキャビン外板の間の固定強度よりも低くするには、例えば、ボルトで直接固定することと比較して外れやすい（破断し易い）ブラケットを採用すればよい。

上記のとおり、インバータを２本のサイドメンバの外側（車幅方向の外側）に配置することで、フロントコンパートメントのデバイスレイアウトの自由度を高めることができる。また、インバータの内側をサイドメンバに固定し、外側をキャビン外板に固定するとともに、内側の固定強度を外側の固定強度よりも弱くする。そうすることで、車両の斜め前方から衝撃を受けた際に、インバータは、サイドメンバからは自由になり、しかしキャビン外板とは連結が維持され、適度に移動が許容されて衝撃を緩和することができる。

上記の構造では、インバータの車幅方向の内側をフレームメンバに固定した。その構造の利点は、次の構造でも得ることができる。即ち、インバータの車幅方向の内側と外側をともにキャビン外板に固定し、そのキャビン外板をインバータよりも車幅方向の内側でフレームメンバに固定する。そして、インバータの車幅方向の外側の固定強度を、内側の固定強度あるいはキャビン外板とフレームメンバの間の固定強度よりも高くする。そのような構造においても、車両の斜め前方から衝撃を受けた際に、インバータは、サイドメンバからは自由になり、しかしキャビン外板とは連結が維持され、適度に移動が許容されて衝撃を緩和することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は次の実施例にて説明する。

第１実施例の電気自動車の平面図である。 電気自動車の側面図である。 電気自動車の正面図である。 サイドメンバとインバータとの固定箇所の拡大斜視図である。 斜め前方から衝撃を受けたときのインバータの動きの一例を示す平面図である。 第２実施例の電気自動車の側面図である。 第２実施例の電気自動車の正面図である。 第３実施例の電気自動車の正面図である。

インバータの取り付け構造に関し、実施例で述べる技術の好ましい特徴のいくつかを以下に列挙する。
（１）インバータは、フレームメンバよりも上方に位置している。
（２）インバータは、フェンダーエプロンの上に配置されている。
（３）インバータは、フロントコンパートメントの前後方向の中央よりも後側に配置されている。

（第１実施例）図１から図３に、第１実施例の電気自動車の平面図、側面図、及び、正面図を示す。なお、ここでは、車両のフレームメンバとキャビン外板、及び、インバータの関係を説明するので、それ以外の部品は適宜に図示と説明を省略する。

電気自動車２のフロントコンパートメント３１には、走行用のモータ６とインバータ４が搭載されている。インバータ４は、車両後方のラゲッジスペースに配置されたバッテリ３５の直流電力を交流電力に変換してモータ６に供給する。インバータ４からモータ６へは、大電流の交流が供給されるので、電力の送電ロスを少なくするため、インバータ４はモータ６の近くに配置される。それゆえ、モータ６とインバータ４は共にフロントコンパートメントに搭載される。

電気自動車２は、フレーム構造を有している。２本のサイドメンバ３が、フレームの主たる構成部品（フレームメンバ）である。２本のサイドメンバ３が、主として、電気自動車２の構造強度を与える。２本のサイドメンバ３は、車両の前後方向に平行に伸びており、車幅方向に伸びる複数のクロスメンバ２１で連結されている。モータ６は、２本のサイドメンバ３の間に配置されている。モータ６はクロスメンバ２１に固定されている。モータ６は、強度が高い２本のサイドメンバ３の間に配置されており、車両が衝突した際、サイドメンバ３がモータ６を保護する。

インバータ４は、２本のサイドメンバ３の間ではなく、車幅方向でサイドメンバ３よりも外側に配置されている。但し、インバータ４は、一方のサイドメンバ３にブラケット７を介してボルト１３及び１４で固定されている。ブラケット７は、インバータ４をサイドメンバ３に取り付けるための金具であり、金属板で作られている。

インバータ４は、また、キャビン外板５にも固定されている。キャビン外板５は、キャビン（搭乗スペース３２）を画定する構造物であり、主に金属板で作られている。なお、図における符号３３は、キャビンスペース３２に配置された、乗員が座るシートを示している。

図１、図３によく示されているように、インバータ４は、車幅方向の内側ではブラケット７を介してサイドメンバ３に固定されており、車幅方向の外側ではキャビン外板５に固定されている。なお、図３において、直線ＣＬは車幅方向の車両中心を示している。従って、車幅方向の内側とは、サイドメンバ３よりも中心線ＣＬに近い側を意味し、車幅方向の外側とは、サイドメンバ３よりも中心線ＣＬから遠い側を意味する。また、図３では、キャビン外板５は、インバータ４の近傍のみを描いてあり、他の部分は図示を省略している。

ブラケット７は、所定の大きさの荷重が加わるとインバータ４が外れる構造を有している。ここで、「所定の大きさの荷重」は、キャビン外板５とインバータ４の間の固定強度よりも低い値である。また、ブラケット７の固定強度は、想定される衝突衝撃でインバータ４がサイドメンバ３から外れるように調整されている。逆に言えば、キャビン外板５とインバータ４の間の固定強度は、想定される衝突衝撃に耐え得るように調整されている。

図４にブラケット７の構造の一例を示す。図４は、上下を逆にして描かれていることに留意されたい（図中の座標系を参照のこと）。ブラケット７は、貫通孔７ａとスリット７ｂを有する。ブラケット７は、貫通孔７ａを通じてボルト１３にてサイドメンバ３に固定される。他方、ブラケット７は、スリット７ｂを通じてボルト１４にてインバータ４に固定される。図４のＸ軸の負方向が車両の後方に相当する。スリット７ｂは、車両後方に向かって開口している。それゆえ、車両後方に向けて（図４の矢印Ａの方向）インバータ４に所定の大きさの荷重が加わると、インバータ４はブラケット７から、即ち、サイドメンバ３から外れるようになっている。

ブラケット７の上記の構造の利点を説明する。図５は、図１と同じ電気自動車２の平面図であるが、符号Ｆが示す矢印は、電気自動車２が右前方から受ける衝撃を表している。太線は、衝撃を受けたときのキャビン外板５の変形と、インバータ４の動きを示している。右前方から衝撃を受けると、キャビン外板５の右前部は、左後方に折れ曲がる。インバータ４は、外側をキャビン外板５に、内側をサイドメンバ３に固定されているが、後方に向かう衝撃荷重が所定の大きさを超えると、インバータ４はブラケット７から外れ、インバータ４はサイドメンバ３から自由になる。それゆえ、インバータ４はキャビン外板５の変形に応じて左後方へ移動する。なお、図２と図３に示されているように、インバータ４は、サイドメンバ３よりも上方に位置する。従って、インバータ４は、サイドメンバ３に干渉せずに、左後方へ移動することができる。インバータ４は衝撃を受けるとサイドメンバ３との固定が外れ、後方へ移動する。インバータ４は移動することにより、受けた衝撃が緩和される。

上記の構造は、インバータ４を２本のサイドメンバ３の外側に配置する。それゆえ、サイドメンバ３の間の空間に他の重要なデバイスを配置することができる。実施例の電気自動車２は、フロントコンパートメントにおけるデバイスレイアウトの自由度が高いという利点を有する。

（第２実施例）次に、第２実施例の電気自動車を説明する。図６に第２実施例の電気自動車１０２の側面図を示し、図７に電気自動車１０２の正面図を示す。図６、図７では、モータの図示も省略している。この第２実施例の電気自動車１０２は、上記したインバータ取り付け構造を、ピックアップトラックのような、大型車に適用した例である。大型車の場合、フロントコンパートメント３１の空間が高く、前輪よりも上方の空間が広い。そのような場合には、インバータ４を、フロントコンパートメント３１の前後方向の中央よりも後側に配置するのがよい。図６の符号Ｌは、フロントコンパートメント３１の前後方向の長さを示している。インバータ４は、フロントコンパートメント３１の後ろ半分の範囲（図中のＬ／２が示す範囲）に配置されている。インバータ４をフロントコンパートメント内で後方に配置することで、車両が衝突したときにインバータ４が受ける衝撃を低減することができる。

また、前輪の上方に空間がある場合には、インバータ４を、フェンダーエプロン１０５ａの上部に固定するとよい。フェンダーエプロン１０５ａは、キャビン外板１０５の一部であり、フロントフェンダー１０８を取り付ける箇所である。

（第３実施例）次に、第３実施例の電気自動車を説明する。図８に、第３実施例の電気自動車２０２の正面図を示す。第３実施例は、第１実施例の電気自動車２におけるインバータの固定構造の変形例である。インバータ４は、その車幅方向の内側と外側がキャビン外板２０５に固定されている。より詳細には、インバータ４の内側と外側は夫々、ブラケット２０７を介してボルト１４にてキャビン外板２０５に固定されている。ブラケットとは、物体を固定するための金具であり、この場合は、ブラケット２０７は、インバータ４をキャビン外板２０５に固定するための金具である。

キャビン外板２０５は、インバータ４よりも車幅方向の内側（中心線ＣＬに近い側）で、ボルト１３にてフレームメンバ３に固定されている。そして、キャビン外板２０５とフレームメンバ３の間の固定強度が、インバータ４の車幅方向の外側の固定強度よりも低い。インバータ４の車幅方向の外側の固定強度は、想定される衝突衝撃に耐え得るように調整されており、キャビン外板２０５とフレームメンバ３の間の固定強度は、想定される衝突衝撃で外れるように調整されている。

第３実施例の構造も、第１、第２実施例の電気自動車と同じ効果が得られる。即ち、インバータ４が衝撃を受けると、キャビン外板２０５とサイドメンバ３との固定が外れる、インバータ４はサイドメンバから自由になる。その結果、衝撃に応じて後方へ移動する。インバータ４が移動することにより、受けた衝撃が緩和される。

なお、第３実施例では、キャビン外板２０５とフレームメンバ３の間の固定強度が、インバータ４の車幅方向の外側の固定強度よりも低い。そのような固定強度の関係に替えて、インバータ４の車幅方向の内側の固定強度を、外側の固定強度よりも低くしても、同じ利点が得られる。

異なる固定強度を実現するには、第１実施例で例示したブラケット７を用いてもよいし、インバータを固定するボルトの径を変えることでも実現できる。具体的には、インバータの車幅方向外側を固定するのに直径の小さいボルトを使い、インバータの車幅方向の内側の固定、あるいは、キャビン外板２０５とフレームメンバ３の固定に、直径の大きいボルトを利用すればよい。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。車両前後方向に伸びるサイドメンバ３がフレームメンバの一例に相当する。

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、１０２、２０２：電気自動車
３：サイドメンバ
４：インバータ
５、１０５、２０５：キャビン外板
６：モータ
７、２０７：ブラケット
７ａ：貫通孔
７ｂ：スリット
２１：クロスメンバ
３１：フロントコンパートメント
３２：キャビンスペース
１０５ａ：フェンダーエプロン
１０８：フロントフェンダー
ＣＬ：中心線

インバータは、次の態様で固定される。インバータは、その車幅方向の内側がフレームメンバに固定される。インバータの車幅方向の外側は、キャビン外板に固定される。「キャビン外板」とは、キャビンを画定する殻状の金属板である。さらに、インバータは、サイドメンバよりも上方あるいは下方に配置され、内側の固定強度が外側の固定強度よりも低いとよい。固定強度に差を設けることによって、斜め前方から衝撃を受けた際、サイドメンバとインバータの間の固定が先に外れ、インバータはサイドメンバから自由になる。他方、インバータはキャビン外板とは繋がっているので、衝撃を受けた際、キャビン外板の変形に応じてインバータは移動することができる。インバータが移動することで、インバータが受ける衝撃が緩和される。

Claims (6)

1. 走行用のモータに交流電力を供給するインバータが、車両のフロントコンパートメント内にて、車両の前後方向に伸びている２本のフレームメンバよりも車幅方向の外側に配置されていることを特徴とする電気自動車。
2. インバータの車幅方向の内側がフレームメンバに固定されているとともに、インバータの車幅方向の外側がキャビンの外板に固定されており、内側の固定強度が外側の固定強度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
3. インバータの車幅方向の内側と外側がキャビンの外板に固定されているとともに、キャビン外板はインバータよりも車幅方向の内側でフレームメンバに固定されおり、インバータの車幅方向の外側の固定強度が、内側の固定強度あるいはキャビン外板とフレームメンバの間の固定強度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
4. インバータは、フレームメンバよりも上方に位置し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. インバータは、フェンダーエプロンの上に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気自動車。
6. インバータは、フロントコンパートメントの前後方向の中央よりも後側に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電気自動車。

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