KR20170140772A - 전력 변환기의 차량 탑재 구조 - Google Patents

전력 변환기의 차량 탑재 구조 Download PDF

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Abstract

본 명세서가 개시하는 차량 탑재 구조에서는, 전력 변환기는, 트랜스액슬 상에 고정되어 있음과 함께 카울 톱의 전방에 위치하고 있다. 전력 변환기는, 배터리로부터 공급되는 전력의 전압의 고주파 변동을 억제하는 콘덴서와, 그 콘덴서를 방전하는 방전 회로를 구비하고 있다. 충돌 시에 방전 회로를 작동시키는 방전 지령 신호의 통신용 와이어 하니스를 접속하기 위한 커넥터(신호 커넥터)가, 전력 변환기의 차폭 방향을 향하고 있는 측면에 설치되어 있다.

Description

전력 변환기의 차량 탑재 구조 {IN-VEHICLE STRUCTURE OF ELECTRIC-POWER CONVERTER}
본 발명은, 전원의 전력을 주행용 모터의 구동 전력으로 변환하는 전력 변환기의 차량 탑재 구조에 관한 것이다.
전기 자동차는, 전원의 전력을 주행용 모터의 구동 전력으로 변환하는 전력 변환기를 구비한다. 또한, 본 명세서에 있어서의 「전기 자동차」에는, 동력원으로서 전기 모터만을 구비하는 자동차뿐만 아니라, 주행용 구동력을 발생하는 모터와 엔진의 양방을 구비한 자동차도 포함된다. 또한, 본 명세서가 개시하는 「전기 자동차」에는, 전지 이외의 전원(예를 들어, 연료 전지)을 탑재한 차도 포함된다.
전기 자동차 중 하나의 타입에서는, 주행용 모터와 전력 변환기를 프론트 컴파트먼트(캐빈보다 앞의 공간)에 탑재하고 있다. 전력 변환기는, 모터를 수용하는 모터 하우징 상에 고정되어 있는 경우가 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2012-95482호 공보). 전력 변환기의 하나의 타입에서는, 보조 기기 배터리의 전력 공급용 와이어 하니스를 접속하기 위한 커넥터가 전력 변환기의 상면에 설치되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2015-133803호 공보의 도 1). 또한, 보조 기기 배터리라 함은, 주행용 모터의 구동 전압보다 낮은 전압에서 동작하는 디바이스(예를 들어, 전력 변환기 중 제어 기판)에 전력을 공급하는 배터리이다.
전력 변환기 중 하나의 타입은, 전원으로부터 공급되는 전력의 전압의 고주파 변동을 억제하는 콘덴서와, 그 콘덴서를 방전하는 방전 회로를 구비하고 있다. 전력 변환기는, 충돌을 검지하는 센서(프리 크래시 세이프티 센서 또는 에어백 센서 등)와 접속되어 있는 별도의 디바이스로부터의 지령 신호(방전 지령 신호)를 받아, 콘덴서를 방전한다. 따라서, 전력 변환기의 하우징에는, 지령 신호를 전달하는 신호 통신용 와이어 하니스를 접속하기 위한 커넥터(신호 커넥터)가 설치된다. 종래, 신호 커넥터도, 일본 특허 공개 제2015-133803호 공보의 커넥터와 마찬가지로 전력 변환기의 상면에 설치되는 경우가 있었다.
전력 변환기가 모터 하우징 상에 고정되어 있으면, 전력 변환기는 카울 톱의 전방에 위치하게 된다. 카울 톱은 와이퍼 피봇을 격납하기 위해 하프 파이프와 같이 만곡되어 있고, 차폭 방향으로부터 보았을 때에 상부가 차량 전방으로 돌출되어 있다. 신호 커넥터가 전력 변환기의 상면에 설치되어 있으면, 정면 충돌이나 경사 충돌 시에 충돌 하중을 받은 전력 변환기가 후방으로 이동하였을 때, 신호 커넥터가 후방의 카울 톱에 접촉할 가능성이 있다. 신호 커넥터가 카울 톱에 접촉하면, 신호 커넥터가 데미지를 받아, 신호 커넥터를 통해 전달되는 방전 지령 신호가 방전 회로에 도달하지 않아, 방전 회로가 적절하게 작동하지 않을 우려가 있다. 본 명세서는, 충돌 시, 방전 지령 신호를 전달하는 신호 커넥터가 부서지기 어려운 구조를 제공한다.
본 명세서는, 전원의 전력을 주행용 모터의 구동 전력으로 변환하는 전력 변환기의 차량 탑재 구조를 개시한다. 충돌 시에 신호 커넥터와 카울 톱의 접촉을 방지하기 위해서는, 신호 커넥터를 전력 변환기의 전방면, 후방면의 카울 톱보다 낮은 위치, 혹은 차폭 방향을 향하는 측면 중 어느 하나로 변경하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 전방면은, 정면 충돌 시에 충격을 받기 쉬우므로, 신호 커넥터의 보호에는 적합하지 않다. 후방면의 카울 톱보다 낮은 위치에는, 전원의 전력을 전력 변환기로 전달하는 파워 케이블을 접속하기 위한 고전압 커넥터가 설치되어 있는 경우가 있다. 그러므로, 후방면의 카울 톱보다 낮은 범위에는, 신호 커넥터를 배치하는 공간을 확보할 수 없을 우려가 있다. 따라서, 본 명세서가 개시하는 차량 탑재 구조에서는, 신호 커넥터를, 전력 변환기의 차폭 방향을 향하는 측면에 배치한다. 그렇게 함으로써, 다른 장소에 배치하는 경우와 비교하여, 충돌 시에 신호 커넥터가 부서지기 어려워진다.
본 명세서가 개시하는 전력 변환기는, 모터를 수용하고 있는 모터 하우징 상에 고정되어 있음과 함께 카울 톱의 전방에 위치하고 있다. 전력 변환기의 차량 후방을 향하는 면의 카울 톱보다 낮은 위치에는, 전원의 전력을 전력 변환기로 전달하는 파워 케이블을 접속하기 위한 고전압 커넥터가 설치되어 있다. 전력 변환기는, 전원으로부터 공급되는 전력의 전압의 고주파 변동을 억제하는 콘덴서와, 그 콘덴서를 방전하는 방전 회로를 구비하고 있다. 그리고, 충돌 시에 방전 회로를 작동시키는 방전 지령 신호의 통신용 와이어 하니스를 접속하는 신호 커넥터가, 전력 변환기의 차폭 방향을 향하고 있는 측면에 설치되어 있다. 신호 커넥터는, 전력 변환기의 차폭 방향을 향하고 있는 측면이며, 전력 변환기의 후단보다 차량 전방에 설치되어 있다. 그러한 구조에 의하면, 충돌 시에 전력 변환기가 후퇴하였을 때, 신호 커넥터보다 먼저 전력 변환기가 카울 톱과 접촉하여, 카울 톱을 후방으로 밀어 낸다. 게다가, 신호 커넥터는, 전력 변환기의 측면이며 전력 변환기의 후단보다 전방에 설치되어 있다. 따라서, 카울 톱이 변형되어 그 일부가 전력 변환기의 측면측으로 돌아 들어가도, 변형된 카울 톱이 신호 커넥터에 충돌하기 어렵다. 이와 같이, 신호 커넥터를 전력 변환기의 측면이며 전력 변환기의 후단보다 전방에 설치함으로써, 신호 커넥터가 카울 톱과 접촉하는 것을 피할 수 있다. 그리고, 상기한 차량 탑재 구조에 의하면, 전력 변환기의 전방면에 배치하는 것보다, 신호 커넥터가 데미지를 받을 가능성을 저감할 수 있다.
신호 커넥터는, 카울 톱과 동등한 높이에 위치하고 있어도 되지만, 카울 톱보다 낮은 위치에서 전력 변환기에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 전자의 경우, 전력 변환기가 후퇴하면 전력 변환기의 후단이 카울 톱과 접촉하여 카울 톱을 후방으로 밀어 낸다. 그러므로, 전력 변환기의 차폭 방향을 향하는 측면에 설치되어 있는 신호 커넥터가 카울 톱과 접촉할 가능성은 낮다. 후자의 경우는, 신호 커넥터가 카울 톱에 접촉할 가능성을 한층 더 저감할 수 있다.
또한, 전원의 전력 전달용 파워 케이블을 접속하는 고전압 커넥터가, 카울 톱보다 낮은 위치에서 전력 변환기의 후방면에 접속되어 있다. 이 구조에 의해, 고전압 커넥터도 충돌 시에 카울 톱과 접촉하는 것을 피할 수 있다. 본 명세서가 개시하는 기술의 상세와 더 한층의 개량은 이하의 「발명을 실시하기 위한 형태」에서 설명한다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술된다.
도 1은 실시예의 차량 탑재 구조의 대상이 되는 전력 변환기를 채용한 하이브리드 차의 구동계의 블록도이다.
도 2는 하이브리드 차의 프론트 컴파트먼트 내의 디바이스 레이아웃을 도시하는 사시도이다.
도 3은 차량 탑재된 전력 변환기를 차량 전방으로부터 본 도면이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따른 단면도이다.
도 5는 종래의 차량 탑재 구조에 있어서 전력 변환기를 차폭 방향으로부터 본 도면이다.
도 6은 변형 예의 차량 탑재 구조를 도시하는 도면(전력 변환기를 차폭 방향으로부터 본 도면)이다.
도 7은 종래의 전력 변환기의 케이스 내의 부품 레이아웃을 도시하는 3면도이다. (A)는 평면도이고, (B)는 측면도이고, (C)는 후면도이다.
도 8은 실시예의 차량 탑재 구조에서 채용한 전력 변환기의 케이스 내의 부품 레이아웃을 나타내는 3면도이다. (A)는 평면도이고, (B)는 측면도이고, (C)는 후면도이다.
도면을 참조하여 실시예의 차량 탑재 구조를 설명한다. 실시예의 차량 탑재 구조는, 주행용으로 2개의 모터와 1개의 엔진을 구비하는 하이브리드 차에 적용되어 있다. 도 1에, 하이브리드 차(90)의 구동계의 블록도를 도시한다. 2개의 모터(8a, 8b)의 출력축과 엔진(91)의 출력축은, 동력 분배 기구(92)에 접속되어 있다. 동력 분배 기구(92)는, 모터(8a, 8b)의 출력 토크와 엔진(91)의 출력 토크를 적절하게 합성하고, 합성한 토크를 차축(93)에 전달한다. 동력 분배 기구(92)는, 구체적으로는 플래니터리 기어이며, 그 선 기어에 모터(8a)가 연결되고, 캐리어에 엔진(91)이 연결되고, 링 기어에 모터(8b)와 차축(93)이 연결되어 있다. 동력 분배 기구(92)는, 엔진(91)의 토크의 일부를 모터(8a)에 전달하고, 나머지 토크를 차축(93)에 전달하는 경우도 있다. 그 경우, 모터(8a)는 엔진(91)의 토크의 일부에 의해 발전한다. 또한, 동력 분배 기구(92)는, 운전자가 브레이크 페달을 밟았을 때, 차축(93)의 토크를 모터(8a, 8b)에 전달하는 경우도 있다. 그 경우, 모터(8a, 8b)는 차축으로부터 전달되는 토크에 의해 발전한다. 발전으로 얻은 전력은 고전압 배터리(3)의 충전에 이용된다.
하이브리드 차(90)는, 모터(8a, 8b)에 전력을 공급하는 고전압 배터리(3)를 구비하고 있다. 고전압 배터리(3)는, 예를 들어 리튬 이온 전지이며, 그 출력 전압은 100볼트 이상이다. 고전압 배터리(3)와 모터(8a, 8b) 사이에 전력 변환기(10)가 접속되어 있다. 전력 변환기(10)는, 고전압 배터리(3)의 전력을 모터(8a, 8b)의 구동 전력으로 변환한다. 더 구체적으로는, 전력 변환기(10)는 고전압 배터리(3)의 전력을 승압하고, 승압 후의 전력을 교류로 변환한다. 또한, 고전압 배터리(3)와 전력 변환기(10) 사이에는, 시스템 메인 릴레이(4)가 접속되어 있다. 시스템 메인 릴레이(4)는, 도시하지 않은 메인 스위치에 연동하여 개폐된다.
전력 변환기(10)의 회로 구성에 대해 설명한다. 전력 변환기(10)는, 제1 전압 컨버터 회로(19), 2개의 인버터 회로(16a, 16b), 제2 전압 컨버터 회로(24), 회로 기판(25)을 구비하고 있다. 제1 전압 컨버터 회로(19)는, 승압 기능과 강압 기능을 구비하는, 이른바 쌍방향 DC-DC 컨버터이다. 제1 전압 컨버터 회로(19)는, 고전압 배터리(3)의 출력 전력의 전압을 승압하여 인버터 회로(16a, 16b)에 공급할 수 있다(승압 기능). 또한, 제1 전압 컨버터 회로(19)는 인버터 회로(16a, 16b)로부터 보내지는 전력(모터(8a, 8b)의 발전에 의한 전력)을 강압하여 고전압 배터리(3)에 공급할 수도 있다(강압 기능). 제1 전압 컨버터 회로(19)는, 필터 콘덴서(21), 리액터(22), 직렬로 접속된 2개의 파워 트랜지스터(17a, 17b)를 구비하고 있다. 각 파워 트랜지스터(17a, 17b)에는 환류 다이오드가 역병렬로 접속되어 있다. 제1 전압 컨버터 회로(19)의 회로 구조는 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 파워 트랜지스터(17a, 17b)는, 회로 기판(25)에 실장된 제어 회로에 의해 구동된다. 또한, 직렬로 접속된 2개의 파워 트랜지스터 17a와 17b는, 하드웨어로서는 하나의 파워 모듈(18a)에 수용되어 있다.
제1 전압 컨버터 회로(19)의 고전압측에 2개의 인버터 회로(16a, 16b)가 접속되어 있다. 인버터 회로(16a, 16b)의 구조에 대해 설명한다. 인버터 회로(16a)는, 2개의 파워 트랜지스터의 직렬 접속을 3세트 구비하고 있다. 파워 트랜지스터 17c와 17d가 직렬로 접속되어 있고, 파워 트랜지스터 17e와 17f가 직렬로 접속되어 있고, 파워 트랜지스터 17g와 17h가 직렬로 접속되어 있다. 또한, 각 파워 트랜지스터(17c-17h)에는, 환류 다이오드가 역병렬로 접속되어 있다. 3세트의 직렬 접속의 회로는 병렬로 접속되어 있다. 각각의 파워 트랜지스터는, 회로 기판(25)에 실장된 제어 회로에 의해 구동되고, 각각의 직렬 접속의 중간점으로부터 교류가 출력된다. 3개의 중간점으로부터 출력되는 교류가 3상 교류를 형성한다. 인버터 회로(16a)가 출력하는 3상 교류는 모터(8a)에 공급된다. 하드웨어로서는, 파워 트랜지스터 17c와 17d의 직렬 접속은 파워 모듈(18b)에 수용되어 있고, 파워 트랜지스터 17e와 17f의 직렬 접속은 파워 모듈(18c)에 수용되어 있고, 파워 트랜지스터 17g와 17h의 직렬 접속은 파워 모듈(18d)에 수용되어 있다.
제2 인버터 회로(16b)는, 인버터 회로(16a)와 동일한 구조를 갖고 있으므로 설명은 생략한다. 인버터 회로(16b)가 출력하는 3상 교류는 모터(8b)에 공급된다. 인버터 회로(16b)도, 2개의 파워 트랜지스터의 직렬 접속을 3세트 구비하고 있고, 각각의 직렬 접속은, 3개의 파워 모듈(18e-18g)의 각각에 수용되어 있다. 이하에서는, 복수의 파워 트랜지스터(17a-17h)를 파워 트랜지스터 군(17)이라고 총칭하는 경우가 있다.
제1 전압 컨버터 회로(19)와 인버터 회로(16a, 16b) 사이에, 평활 콘덴서(23)가 접속되어 있다. 평활 콘덴서(23)와 전술한 필터 콘덴서(21)는 고전압 배터리(3)로부터 공급되는 전력의 전압의 고주파 변동을 억제하기 위해 구비되어 있다.
고전압 배터리(3)에는, 제1 전압 컨버터 회로(19) 외에, 제2 전압 컨버터 회로(24)가 접속되어 있다. 제2 전압 컨버터 회로(24)는, 고전압 배터리(3)의 출력 전압을 보조 기기의 구동 전압까지 강압한다. 「보조 기기」라 함은, 모터(8a, 8b)의 구동 전압보다 낮은 전압에서 동작하는 디바이스 군의 총칭이며, 그 동작 전압은 10 내지 50볼트 정도이다. 전력 변환기(10)에 내장되어 있는 회로 기판(25) 및 하이브리드 차(90)의 시스템 전체를 통괄하는 HV 컨트롤러(6)도, 보조 기기에 속한다. 제2 전압 컨버터 회로(24)에 의해 강압된 전력은, 회로 기판(25), HV 컨트롤러(6), 그 밖의 보조 기기와, 보조 기기 배터리(5)에 공급된다. 보조 기기 배터리(5)는, 전력 변환기(10)로부터의 전력 공급을 받을 수 없는 동안, 보조 기기에 전력을 공급하기 위해 구비되어 있다. 보조 기기 배터리(5)와 보조 기기의 부극은 차량 보디(보디 접지(G))를 통해 도통한다.
차량이 충돌하였을 때, 회로 기판(25)에 실장되어 있는 제어 회로는, HV 컨트롤러(6)로부터의 신호(방전 지령 신호)에 응답하여 파워 트랜지스터 군(17)을 구동하고, 콘덴서(21, 23)를 방전시킨다. 구체적으로는, 제어 회로는, 콘덴서(21, 23)의 전력이, 리액터(22) 및 모터(8a, 8b)를 통해 방전되도록 파워 트랜지스터 군(17)을 제어한다. 콘덴서(21, 23)를 방전할 때의 회로 기판(25)과 제1 전압 컨버터 회로(19), 인버터 회로(16a, 16b)를, 설명의 편의상, 방전 회로(26)라고 총칭하는 경우가 있다.
HV 컨트롤러(6)에는, 에어백 센서(7)(가속도 센서)가 접속되어 있다. 에어백 센서(7)는, 차량이 충돌하였을 때, 충돌한 것을 나타내는 신호(충돌 검지 신호)를 HV 컨트롤러(6)에 송신한다. 더 구체적으로는, 에어백 센서(7)는 차량이 받은 충돌의 크기(가속도의 크기)가 소정의 역치를 초과하면 HV 컨트롤러(6)에 충돌 검지 신호를 송신한다. HV 컨트롤러(6)는, 에어백 센서(7)로부터 충돌 검지 신호를 수신하면, 시스템 메인 릴레이(4)를 개방함과 함께, 전력 변환기(10)에 방전 지령 신호를 송신한다.
전력 변환기(10)에 접속되어 있는 커넥터에 대해 설명한다. 전력 변환기(10)에는, 4개의 커넥터가 설치되어 있다. 하나는, 방전 지령 신호의 통신용 와이어 하니스(52)와, 보조 기기 배터리(5)의 전력을 회로 기판(25)으로 전송하는 저압 전력 공급 하니스(59)가 접속되는 커넥터(신호 커넥터(14))이다. 또한, 도 1에서는, 1개의 선만을 와이어 하니스(52)로서 그리고 있지만, 와이어 하니스(52)에는, 그 밖의 다양한 신호선이 포함될 수 있다. 다른 하나는, 고전압 배터리(3)의 전력을 전력 변환기(10)로 전송하는 케이블(고압 전원 케이블(51))이 접속되는 커넥터(고전압 커넥터(12))이다. 또 다른 하나는, 제2 전압 컨버터 회로(24)의 출력 전력을 보조 기기 배터리(5)로 전송하는 케이블(저압 전원 케이블(54))이 접속되는 커넥터(저전압 커넥터(13))이다. 또한, 도 1에서는 도시를 생략하고 있지만, 저전압 커넥터(13)에는, 다른 통신 케이블(후술하는 통신 케이블(55))도 접속된다. 통신 케이블(55)은, 전력 변환기(10)의 상위의 제어 장치인 HV 컨트롤러(6)와, 전력 변환기(10)의 내부의 제2 전압 컨버터 회로(24)를 접속하는 케이블이다. HV 컨트롤러(6)는, 보조 기기 배터리(5)의 잔량을 감시하고 있고, 잔량에 따라서 제2 전압 컨버터 회로(24)를 제어한다. 통신 케이블(55)은, 그것을 위해 구비되어 있다. 마지막 하나는, 인버터 회로(16a, 16b)의 출력 교류를 모터(8a, 8b)에 전달하는 모터 파워 케이블(53)이 접속되는 커넥터(모터 케이블 커넥터(15))이다.
다음으로, 전력 변환기(10)의 차량 상에서의 배치와, 상기한 그 커넥터들의 배치에 대해 설명한다. 도 2는, 하이브리드 차(90)의 프론트 컴파트먼트(FC) 중 디바이스 레이아웃을 도시하는 사시도이다. 도 2에 있어서의 좌표계는, F축이 차량 전방을 나타내고 있고, H축이 차폭 방향을 나타내고 있고, V축이 차량 상방을 나타내고 있다. 나중에 참조하는 도 3-도 6에서도, 좌표계의 각 축의 의미는 동일하다. 도 2에서는, 엔진 후드의 도시는 생략하였다.
프론트 컴파트먼트(FC)에는, 엔진(91), 트랜스액슬(37), 전력 변환기(10), 보조 기기 배터리(5) 등이 탑재되어 있다. 또한, 프론트 컴파트먼트(FC)에는, 그 밖에도 다양한 부품이 탑재되어 있지만, 여기서는, 상기한 부품 이외는 설명을 생략한다. 트랜스액슬(37)에는, 주행용 모터(8a, 8b)와 동력 분배 기구(92) 및 디퍼렌셜 기어가 수용되어 있다. 트랜스액슬(37)은, 주행용 모터(8a, 8b)를 수용하는 모터 하우징으로 표현할 수 있다. 트랜스액슬(37)은, 엔진(91)과 차폭 방향으로 연결되어 있다. 상술한 바와 같이, 엔진(91)의 출력축과 모터(8a, 8b)의 출력축과, 차축(93)(디퍼렌셜 기어)은, 트랜스액슬(37)의 내부에 있어서 동력 분배 기구(92)에 접속되어 있다. 엔진(91)과 트랜스액슬(37)은 프론트 컴파트먼트(FC)의 하방에서 차량 전후 방향으로 연장되는 2개의 사이드 멤버(94) 사이에 현가되어 있다. 또한, 도 2에서는 한쪽의 사이드 멤버는 가려져 보이지 않는다.
전력 변환기(10)는, 프론트 브래킷(36)과 리어 브래킷(35)을 통해 트랜스액슬(37) 상에 고정되어 있다.
도 3에, 차량 탑재된 전력 변환기(10)를 차량 전방으로부터 본 도면을 도시하고, 도 4에, 도 3의 IV-IV선을 따른 단면도를 도시한다. 도 4는 차량 탑재된 전력 변환기(10)를 차폭 방향으로부터 본 도면에 상당한다. 도 2 이후에서는, 전력 변환기(10)의 차량 탑재 구조를 부호 2로 나타낸다. 도 3에서는, 프론트 컴파트먼트(FC)를 덮는 엔진 후드의 도시를 생략하고 있다. 도 4에서는, 이해를 돕기 위해, 트랜스액슬(37) 등은, 내부의 구조의 도시를 생략하고 있다. 이하에서는, 도 2와 함께 도 3, 도 4를 참조하면서, 전력 변환기(10)의 차량 탑재 구조(2), 특히 신호 커넥터(14)의 배치에 대해 설명한다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 프론트 브래킷(36)과 리어 브래킷(35)에 의해, 트랜스액슬(37)의 상면과 전력 변환기(10) 사이에는 간극이 확보되어 있다. 이것은, 엔진(91)의 진동이나 모터(8a, 8b)의 진동으로부터 전력 변환기(10)를 보호하기 위해서이다. 또한, 도시는 생략하고 있지만, 프론트 브래킷(36)과 전력 변환기(10) 사이, 및 리어 브래킷(35)과 전력 변환기(10) 사이에는 방진 부시가 끼워져 있다. 전력 변환기(10)는, 프론트 브래킷(36)과 리어 브래킷(35)에 의해 지지되어 있으므로, 전방 충돌 시에 전방으로부터 충돌 하중을 받으면 후퇴하는 경우가 있다.
전력 변환기(10)의 차량 전방을 향하는 면에 저전압 커넥터(13)가 설치되어 있고, 전력 변환기(10)의 차폭 방향을 향하는 측면에 신호 커넥터(14)와 모터 케이블 커넥터(15)가 설치되어 있다. 신호 커넥터(14)는, 전력 변환기(10)의 후단보다 차량 전방에 설치되어 있다. 전력 변환기(10)의 차량 후방을 향하는 면에 고전압 커넥터(12)가 설치되어 있다. 상술한 바와 같이, 저전압 커넥터(13)에는 저압 전원 케이블(54)(제2 전압 컨버터 회로(24)의 출력 전력을 보조 기기 배터리(5)로 전송하는 케이블)과 통신 케이블(55)이 접속되어 있고, 신호 커넥터(14)에는 방전 지령 신호 통신용 와이어 하니스(52)와 저압 전력 공급 하니스(59)가 접속되어 있다. 또한, 와이어 하니스(52)는, 방전 지령 신호 통신용 신호 케이블 외에, 다양한 신호 케이블이 묶여 있으므로, 도 3, 도 4에서는 굵게 그려져 있다. 모터 케이블 커넥터(15)에는 모터 파워 케이블(53)(인버터 회로(16a, 16b)의 출력 교류를 모터(8a, 8b)에 전달하는 케이블)이 접속되어 있다. 고전압 커넥터(12)에는, 고압 전원 케이블(51)(고전압 배터리(3)의 전력을 전력 변환기(10)로 전송하는 케이블)이 접속되어 있다.
프론트 컴파트먼트(FC)의 차량 후방측에는, 금속제의 카울 톱(31)이 배치되어 있다. 카울 톱(31)은, 차폭 방향으로 연장되어 있고, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 차량 전후 방향(도면 중의 F축 방향)과 차량 상하 방향(도면 중의 V축 방향)으로 넓어지는 평면에서 커트된 단면은, 위로 개방되어 있는 만곡 형상을 갖고 있다. 다르게 말하면, 카울 톱(31)은 개구를 위로 향하게 한 하프 파이프와 같은 형상을 갖고 있다. 카울 톱(31)은, 그 하면이 차량 전방을 향해 서서히 높아지도록 만곡되어 있다. 카울 톱(31)의 후방 모서리는 앞유리(99)의 하부 모서리와 접하고 있고, 그 전방 모서리는 프론트 컴파트먼트(FC)를 덮는 엔진 후드(97)가 접하고 있다(도 4 참조). 카울 톱(31)의 상방이며 만곡의 내측에 와이퍼 피봇(34)이 배치되어 있다. 와이퍼 피봇(34)은, 피봇 홀더(98)에 의해 지지되어 있다. 그 피봇 홀더(98)는, 카울 톱(31)에 고정되어 있다. 위로 개방되어 있는 카울 톱(31)의 상방은 수지제의 카울 루버(32)로 덮여 있다. 와이퍼 피봇(34)의 상단은, 카울 루버(32)를 관통하고 있고, 그 일부가 노출되어 있다. 와이퍼 피봇(34)의 카울 루버(32)로부터 돌출된 부분에 와이퍼(33)가 연결되어 있다. 또한, 도 4에서는 와이퍼(33)의 도시는 생략하였다. 카울 톱(31) 아래에, 대시 패널(96)이 이어져 있다. 대시 패널(96)은, 프론트 컴파트먼트(FC)와 캐빈을 구획하는 금속판이다. 또한, 카울 톱(31)은 카울 톱 패널이라고 불리는 경우도 있다.
도 2-도 4의 차량 탑재 구조(2)의 이점을 설명하기 위해, 도 5에, 신호 커넥터(114)가 상면에 설치된 전력 변환기(100)의 차량 탑재 구조(102)를 비교예로서 나타낸다. 도 4와 도 5의 상위점은, 신호 커넥터의 설치 위치와, 별도의 통신 케이블(55)의 유무 뿐이다. 전력 변환기(10)(비교예에서는 전력 변환기(100))와 카울 톱(31)의 위치 관계도 도 4와 도 5에서 동일하다. 도 4와 도 5에 있어서의 파선 A는, 카울 톱(31)의 하단의 높이를 나타낸다. 상술한 바와 같이, 전력 변환기(10)(전력 변환기(100))는, 프론트 브래킷(36)과 리어 브래킷(35)에 의해 트랜스액슬(37) 상에 지지되어 있고, 전방 충돌 시에는 전방으로부터의 충돌 하중에 의해 후퇴하는 경우가 있다. 또한, 전력 변환기(10)(전력 변환기(100))가 트랜스액슬(37) 상에 고정되어 있으면, 전력 변환기(10)(전력 변환기(100))는 카울 톱(31)의 전방에 위치하게 된다. 한편, 상술한 바와 같이, 카울 톱(31)은 그 하면이 차량 전방을 향해 서서히 높아지는 형상을 갖고 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이 신호 커넥터(114)가 전력 변환기(100)의 상면에 설치되어 있으면, 전력 변환기(100)가 후퇴하였을 때에 신호 커넥터(114)가 카울 톱(31)과 접촉하여, 신호 커넥터(114)가 데미지를 받을 우려가 있다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 충돌 시, 전력 변환기(10)(전력 변환기(100))는 와이어 하니스(52)와 신호 커넥터(14)(신호 커넥터(114))를 통해 방전 지령 신호를 수신하고, 내부의 콘덴서를 방전한다. 도 5의 차량 탑재 구조(102)의 경우, 충돌 시에 신호 커넥터(114)가 카울 톱(31)과의 접촉에 의해 데미지를 받으면, 방전 지령 신호가 전력 변환기(100)의 내부 회로 기판(25)에 도달하지 않을 우려가 있다. 한편, 실시예의 차량 탑재 구조(2)의 경우(도 4), 신호 커넥터(14)의 일부는, 카울 톱(31)의 하단보다 높게 위치하고 있지만, 신호 커넥터(14)는 전력 변환기(10)의 차폭 방향을 향하는 측면에 설치되어 있다. 전력 변환기(10)가 후퇴하면, 신호 커넥터(14)보다 먼저 전력 변환기(10)가 카울 톱(31)과 접촉하여, 카울 톱(31)을 후방으로 밀어 낸다. 그로 인해, 전력 변환기(10)의 차폭 방향을 향하는 면에 설치되어 있는 신호 커넥터(14)는 카울 톱(31)과의 접촉을 피할 수 있다. 또한, 전력 변환기(10)가 후퇴하여 카울 톱(31)을 후방으로 밀어 내면, 카울 톱(31)은 전력 변환기(10)의 측면과 후방면의 경계의 코너에서 절곡된다. 카울 톱(31)의 일부는 전력 변환기(10)의 측면으로 접근한다. 신호 커넥터(14)는, 전력 변환기(10)의 후단보다 차량 전방에 위치하고 있으므로, 절곡되어 접근하는 카울 톱(31)에도 부딪치기 어렵다. 실시예의 차량 탑재 구조(2)에서는, 전력 변환기(10)가 후퇴하였을 때에 신호 커넥터(14)가 카울 톱(31)과 충돌하는 것을 피할 수 있어, 방전 지령 신호가 내부의 방전 회로에 전달된다. 그 결과, 내부의 콘덴서가 확실하게 방전된다.
도 6에 변형 예의 차량 탑재 구조(2a)를 도시한다. 도 4의 차량 탑재 구조(2)에서는, 신호 커넥터(14)의 일부가 카울 톱(31)의 하단보다 높게 위치하고 있었다. 도 6의 차량 탑재 구조(2a)에서는, 신호 커넥터(14a)의 위치를, 카울 톱(31)의 하단보다 낮은 위치에 설치하였다. 그러한 구조에 의하면, 전방 충돌 시, 더 확실하게, 신호 커넥터(14a)를 카울 톱(31)과의 충돌로부터 보호할 수 있다.
도 4의 차량 탑재 구조(2), 및 도 6의 차량 탑재 구조(2a)에서는, 고전압 커넥터(12)는 카울 톱(31)보다 낮은 위치에서 전력 변환기(10)의 차량 후방을 향하는 면(후방면)에 설치되어 있다. 그러므로, 전력 변환기(10)가 후퇴해도, 고전압 커넥터(12)가 카울 톱(31)과 접촉하는 일은 없다. 고전압 커넥터(12)가 보호되어, 고전압이 인가된 도체가 노출되는 것을 피할 수 있다. 또한, 고전압 커넥터(12)를 전력 변환기(10)의 후방면에 설치하는 것에는, 차량의 측방으로부터 장애물이 충돌한 경우라도 고전압 커넥터(12)는 데미지를 받기 어렵다고 하는 이점이 있다.
실시예에서 설명한 차량 탑재 구조에 관한 유의점을 설명한다. 실시예의 차량 탑재 구조에서 채용한 전력 변환기(10)는, 그 하우징의 측면에 신호 커넥터(14(14a))가 설치되어 있다. 신호 커넥터(14(14a))를 하우징 측면에 설치하는 것은, 하우징 상면에 설치하는 경우와 비교하여, 수분이 침입하기 어렵다고 하는 이점이 있다.
실시예의 전력 변환기(10)에서는, 신호 커넥터(14(14a))에는, 방전 지령 신호의 통신용 와이어 하니스(52)와, 보조 기기 배터리(5)의 전력을 회로 기판(25)으로 전송하는 저압 전력 공급 하니스(59)가 접속된다. 저압 전력 공급 하니스(59)는, 신호 커넥터(14(14a))가 아닌, 다른 커넥터에 의해 전력 변환기(10)에 접속되는 구조여도 된다.
실시예의 차량 탑재 구조(2, 2a)는, 모터와 엔진을 구비하는 하이브리드 차에 적용되어 있었다. 본 명세서가 개시하는 차량 탑재 구조는, 엔진을 구비하지 않는 전기 자동차나 연료 전지 차에 적용하는 것도 적합하다.
실시예의 와이어 하니스(52)가, 청구항의 「방전 지령 신호의 통신용 와이어 하니스」의 일례에 상당한다. 모터(8a, 8b)를 수용하고 있는 트랜스액슬(37)이, 청구항의 「모터 하우징」의 일례에 상당한다.
도 5의 전력 변환기(100)에서는, 그 상면에 신호 커넥터(114)가 설치되어 있고, 도 4의 전력 변환기(10)에서는, 차폭 방향을 향하는 측면에 신호 커넥터(14)가 설치되어 있다. 신호 커넥터의 위치를 전력 변환기(100)의 상면으로부터 차폭 방향을 향하는 면으로 변경할 수 있었던 이유는, 전력 변환기(10)의 하우징 내에 수용하는 부품의 소형화와 레이아웃의 변경에 의한다. 도 5의 전력 변환기(100)의 내부의 부품 레이아웃과, 도 4의 전력 변환기(10)의 내부의 부품 레이아웃의 상위에 대해 설명한다. 도 7은, 도 5의 전력 변환기(100)의 부품 레이아웃의 모식도이고, 도 8은 도 4의 전력 변환기(10)의 부품 레이아웃의 모식도이다. 도 7, 도 8 모두, (A)가 평면도를 나타내고, (B)가 측면도를 나타내고, (C)가 후면도를 도시하고 있다. 도면 중의 좌표계의 X축은 차량 전후 방향에 상당하고, Y축은 차폭 방향에 상당하고, Z축은 차량 상하 방향에 상당한다. 이하에서는 설명의 편의상, X축 정방향을 「전방」이라고 칭하고, X축 부방향을 「후방」이라고 칭한다. 또한, Z축 정방향을 「상」이라고 칭하고, Z축 부방향을 「하」라고 칭한다. Y축 방향을 차폭 방향이라고 칭한다.
도 7, 도 8의 3면도는 모두, 하우징 내부의 부품 레이아웃을 이해할 수 있는 바와 같이, 하우징은 그 윤곽만을 파선으로 나타내고 있다. 또한, 도 7의 (A)의 평면도에서는, 회로 기판(25)과 신호 커넥터(114)의 도시를 생략하고 있다. 도 8의 (A)의 평면도에서는, 회로 기판(25)의 도시를 생략하고 있다. 도 7, 도 8에서는, 부품 사이를 접속하는 배선은, 도 7의 내부 케이블(67)을 제외하고, 도시를 생략하고 있다.
외경 치수(길이 L×폭 W×높이 H)는, 전력 변환기(100)와 전력 변환기(10)에서 동일하다. 전력 변환기(100)의 부품 레이아웃부터 설명한다. 전력 변환기(100)에서는, 케이스의 최하층에 컨버터 유닛(66a)이 배치되어 있다. 컨버터 유닛(66a)은, 도 1에 있어서의 제2 전압 컨버터 회로(24)에 대응한다. 컨버터 유닛(66a)의 전방에 저전압 커넥터(13)가 배치되어 있다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 저전압 커넥터(13)는 전력 변환기(100)의 전방면(차량 전방을 향하는 면)에 노출되어 있다.
컨버터 유닛(66a)의 상면에 접하도록, 냉각기(64)가 배치되어 있다. 냉각기(64)의 상면에 접하도록, 리액터(22)가 배치되어 있다. 리액터(22)의 전방에 파워 스택(61)이 배치되어 있다. 파워 스택(61)은, 도 1에서 설명한 복수의 파워 모듈(18a-18g)과 도시하지 않은 복수의 냉각 플레이트를 적층한 디바이스이다. 도 7, 도 8에서는, 파워 스택(61)은 직육면체로 단순화하여 그려져 있다. 앞서 설명한 냉각기(64)는 주로 컨버터 유닛(66a)과 리액터(22)를 냉각한다. 발열량이 큰 파워 모듈(18a-18g)은, 파워 스택(61)에서 복수의 냉각 플레이트에 의해 냉각된다.
파워 스택(61)의 차폭 방향의 한쪽 측방에 전류 센서 유닛(62)이 배치되고, 그 반대측에 평활 콘덴서(23)가 배치되어 있다. 전류 센서 유닛(62)은, 2세트의 3상 교류의 각 상의 전류를 계측하는 유닛이다. 전류 센서 유닛(62)의 일부(전력 변환기(100)의 케이스로부터 노출되어 있는 부분)가, 앞서 설명한 모터 케이블 커넥터(15)에 상당한다.
리액터(22)의 후방에는 필터 콘덴서(21)가 배치되어 있다. 필터 콘덴서(21)의 상방에 내부 커넥터(63)가 위치하고 있다. 내부 커넥터(63)의 후방에, 고전압 커넥터(12)가 배치되어 있다. 평활 콘덴서(23), 파워 스택(61), 내부 커넥터(63)의 상방에 회로 기판(25)이 배치되어 있다. 내부 커넥터(63)와 컨버터 유닛(66a)의 사이는 내부 케이블(67)에 의해 접속되어 있고, 내부 커넥터(63)의 상단은 회로 기판(25)에 접속되어 있다. 회로 기판(25)은, 내부 커넥터(63)와 내부 케이블(67)을 통해 컨버터 유닛(66a)을 제어한다.
회로 기판(25)의 상면에 신호 커넥터(114)가 접속되어 있다. 신호 커넥터(114)의 상부는 전력 변환기(100)의 상면으로부터 노출되어 있다. 즉, 신호 커넥터(114)는 전력 변환기(100)의 상면에 설치되어 있다.
도 8을 참조하여, 전력 변환기(10)의 내부 레이아웃을 설명한다. 전력 변환기(10)에서는, 하우징의 하단에 냉각기(64)가 배치되어 있고, 그 위에 컨버터 유닛(66b)이 배치되어 있다. 컨버터 유닛(66b)은, 도 1의 제2 전압 컨버터 회로(24)에 대응한다. 컨버터 유닛(66b)은, 도 7의 컨버터 유닛(66a)과 비교하여 소형화되어 있고, 차량 전후 방향의 길이가 짧게 되어 있다. 전력 변환기(10)에서는, 컨버터 유닛(66b)이 짧아져, 그 후방에 리액터(22)가 배치되어 있다. 또한, 전력 변환기(100)에서는, 리액터(22)의 상방에 내부 커넥터(63)가 배치되어 있었지만, 전력 변환기(10)에서는 내부 커넥터(63)와 내부 케이블(67)을 폐지할 수 있었다. 이것은 다음 이유에 의한다. 상술한 바와 같이, 전력 변환기(10)(및 전력 변환기(100))는, 상위의 HV 컨트롤러(6)와 접속되어 있고, HV 컨트롤러(6)가 제2 전압 컨버터 회로(24)(컨버터 유닛(66b))를 제어한다. 전력 변환기(100)에서는, HV 컨트롤러(6)로부터의 통신선은, 전력 변환기(100)의 상면의 신호 커넥터(114)에 접속되어 있고, 신호 커넥터(114)와 내부 커넥터(63)와 내부 케이블(67)을 통해, 컨버터 유닛(66a)과 HV 컨트롤러(6)가 접속되어 있었다. 실시예의 전력 변환기(10)에서는, HV 컨트롤러(6)로부터의 통신 케이블(통신 케이블(55))은, 전력 변환기(10)의 전방면에 배치된 저전압 커넥터(13)에 접속된다. HV 컨트롤러(6)는, 통신 케이블(55)과, 컨버터 유닛(66b)의 바로 앞에 위치하는 저전압 커넥터(13)를 통해 컨버터 유닛(66b)과 접속된다. 이 구조에 의해, 내부 커넥터(63)와 내부 케이블(67)을 폐지할 수 있었다.
또한, 전력 변환기(10)에서는, 파워 스택(61)의 측방에 콘덴서 유닛(68)이 배치되어 있다. 콘덴서 유닛(68)은, 2개의 콘덴서 소자를 수용하고 있다. 한쪽의 콘덴서 소자는, 도 1의 필터 콘덴서(21)에 상당하고, 다른 쪽의 콘덴서 소자는, 도 1의 평활 콘덴서(23)에 상당한다. 전력 변환기(10)에서는, 전력 변환기(100)와 비교하여, 소형의 콘덴서 소자를 채용함과 함께, 2개의 콘덴서 소자를 하나의 유닛으로 통합하여 공간 효율을 높이고 있다.
이상의 상위에 의해, 전력 변환기(10)에서는, 회로 기판(25)의 측방(차폭 방향을 따른 측방)의 공간에 여유를 확보할 수 있고, 그 공간에, 신호 커넥터(14)를 배치할 수 있었다.
전원의 전력을 주행용 모터의 구동 전력으로 변환하는 전력 변환기의 차량 탑재 구조의 실시예를 이하와 같이 정의해도 된다.
상기 전력 변환기는, 상기 모터를 수용하고 있는 모터 하우징 상에 고정되어 있고,
상기 전력 변환기는, 차량의 전후 방향에 있어서 카울 톱의 전방에 위치하고 있고,
고전압 커넥터가, 상기 전원의 전력을 상기 전력 변환기로 전달하는 파워 케이블과 접속하도록 구성되고,
상기 고전압 커넥터는, 상기 차량의 전후 방향에 있어서 상기 전력 변환기의 후방면에 설치되어 있고,
상기 고전압 커넥터는, 상기 카울 톱보다 낮은 위치에 설치되어 있고,
상기 전력 변환기는, 상기 전원으로부터 공급되는 전력의 전압 고주파 변동을 억제하는 콘덴서와, 당해 콘덴서를 방전하는 방전 회로를 구비하고 있고,
신호 커넥터가, 충돌 시에 상기 방전 회로를 작동시키는 방전 지령 신호를 상기 방전 회로로 전달하는 와이어 하니스와 접속하도록 구성되고,
상기 신호 커넥터는, 차폭 방향에 있어서의 상기 전력 변환기의 좌우 측면 중 한쪽에 설치되고,
상기 신호 커넥터는, 상기 차량의 전후 방향에 있어서 상기 전력 변환기의 후단보다 전방에 설치되어 있다.
이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명하였지만 이것들은 예시에 불과하며, 청구범위를 한정하는 것은 아니다. 청구범위에 기재된 기술에는, 이상에 예시한 구체예를 다양하게 변형, 변경한 것이 포함된다. 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것이며, 출원 시 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성할 수 있는 것이며, 그 중 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 갖는 것이다.

Claims (2)

  1. 차량 탑재 구조이며,
    전원의 전력을 주행용 모터의 구동 전력으로 변환하는 전력 변환기와,
    상기 주행용 모터를 수용하고 있는 모터 하우징을 포함하고,
    상기 전력 변환기는, 상기 모터 하우징 상에 고정되어 있고,
    상기 전력 변환기는, 차량의 전후 방향에 있어서 카울 톱의 전방에 위치하고 있고,
    고전압 커넥터가, 상기 전원의 전력을 상기 전력 변환기로 전달하는 파워 케이블과 접속하도록 구성되고,
    상기 고전압 커넥터는, 상기 차량의 전후 방향에 있어서 상기 전력 변환기의 후방면에 설치되어 있고,
    상기 고전압 커넥터는, 상기 카울 톱보다 낮은 위치에 설치되어 있고,
    상기 전력 변환기는, 상기 전원으로부터 공급되는 전력의 전압의 고주파 변동을 억제하는 콘덴서와, 당해 콘덴서를 방전하는 방전 회로를 구비하고 있고,
    신호 커넥터가, 충돌 시에 상기 방전 회로를 작동시키는 방전 지령 신호를 상기 방전 회로로 전달하는 와이어 하니스와 접속하도록 구성되고,
    상기 신호 커넥터는, 차폭 방향에 있어서의 상기 전력 변환기의 좌우 측면 중 한쪽에 설치되고,
    상기 신호 커넥터는, 상기 차량의 전후 방향에 있어서 상기 전력 변환기의 후단보다 전방에 설치되어 있는, 차량 탑재 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 커넥터가 상기 카울 톱보다 낮은 위치에서 상기 전력 변환기에 설치되어 있는, 차량 탑재 구조.
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