JP6256234B2 - 電動車両 - Google Patents

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Description

本発明は、車両前部にパワーユニットを備える電動車両に関する。
一般に、電気自動車(EV)等の電動車両は、車両前部にモータルームが形成され、上記モータルーム内にパワーユニットを備える。パワーユニットは、モータを含むモータユニットと、上記モータの出力を増大して車輪側に伝達する減速機構や差動機構を含むトランスアクスルとを有する。モータユニット及びトランスアクスルは車幅方向に並んで一体に結合され、それぞれ左右一対のフロントサイドフレームの一方及び他方に連結される。
特許文献1には、上記のような構成の電動車両において、さらに、パワーユニットの後側かつ下側部分を連結機構で車体側部材に連結すると共に、車両用補機である電動コンプレッサをモータの出力軸よりも上方の位置でパワーユニットの前端よりも前方に位置するようにモータユニットの外周面に配設して、前突時に上記電動コンプレッサを介して前方から衝突荷重が加えられたときに、パワーユニットが上記連結機構を支点として上方に回動しつつ後方に移動するようにし、これにより、パワーユニットから車室側に伝達される荷重を抑制する技術が開示されている。
特開2012−144142号公報(図1、図2、図9)
ところで、この種の電動車両には、バッテリの直流電力を交流電力に変換してモータに供給するためのインバータが備えられる。インバータは高電圧部品であり、インバータとモータとを接続するケーブルも高電圧ケーブルであるため、これらが損傷して漏電すると被害が大きくなる。上記特許文献1では、インバータがパワーユニットから離間してモータユニットの上方に配置されているので、インバータ・モータ間の高電圧ケーブルがパワーユニットの外部に露出している。そのため、前突時に上記高電圧ケーブルが周囲の部材間に挟まれて損傷し高電圧が漏電するおそれがある。この問題に対処するため、インバータをモータユニットの上面に直接組み付ける(直付けする)ことが提案される。こうすれば、インバータ・モータ間の高電圧ケーブルをパワーユニットの外部に露出させずに配索することができ、高電圧ケーブルの衝突保護性能を確保することができる。また、高電圧ケーブルの長さを短縮することができるので、ノイズの抑制及び電力ロスの抑制も図られる。
衝突保護性能の確保という観点からは、上記電動コンプレッサもまた高電圧部品であるため、電動コンプレッサをパワーユニットの前端よりも前方に位置させることは好ましくなく、パワーユニットの前後方向の占有領域内に略収まるようにモータユニットの外周面に配設することが好ましい。こうすれば、前突時に周囲の部材が近接しても、先にパワーユニットに当接するので、電動コンプレッサの衝突保護性能を確保することができる。
ところが、インバータ・モータ間の高電圧ケーブルの衝突保護性能の確保のためにインバータをモータユニットの上面に直付けすると、電動コンプレッサをパワーユニットの前後方向の占有領域内に略収まるようにモータユニットの外周面に配設するスペースがなくなり、電動コンプレッサの衝突保護性能の確保が図れなくなる。このような問題は、電動コンプレッサに限らず、例えばPTCヒータ等のその他の高電圧部品をモータユニットの外周面に配設する場合に生じ得る。
本発明は、車両前部にパワーユニットを備える電動車両における上記のような現状に鑑みてなされたもので、インバータ・モータ間の高電圧ケーブルの衝突保護性能の確保と、高電圧部品の衝突保護性能の確保とが両立する電動車両の提供を目的とする。
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、モータを含むモータユニットと上記モータの出力を車輪側に伝達するトランスアクスルとが車幅方向に並んで一体に結合されたパワーユニットを車両前部に備える電動車両であって、上記モータに電力を供給するためのインバータと、車両用補機である高電圧部品と、上記トランスアクスル車体側部材とを連結する連結部と、
が備えられ、上記インバータは、上記モータユニットの上面に直接組み付けられ、上記トランスアクスルが上記連結部を介して上記車体側部材と連結されるのは、当該トランスアクスルにおける、上記モータユニットとは反対側に位置する車幅方向側端部の上面であり、上記高電圧部品は、上記パワーユニットの前後方向の占有領域内に略収まるように、上記トランスアクスルの外周面に配設されており、上記トランスアクスルは、上記モータの出力軸と同軸でモータの回転が入力される入力軸を有し、上記高電圧部品は、長手方向が車幅方向に指向され、上記連結部と車幅方向で一部重複しつつ、上記トランスアクスルの前面のうち上記入力軸の前方であってかつ上記連結部の前方の位置に配設されており、上記高電圧部品は、電動コンプレッサである、ことを特徴とする。
本発明によれば、インバータがモータユニットの上面に直付けされているので、インバータ・モータ間の高電圧ケーブルをパワーユニットの外部に露出させずに配索することができ、高電圧ケーブルの衝突保護性能を確保することができると共に、上記高電圧ケーブルの短縮化、コンパクト化も図ることができる。併せて、高電圧部品がパワーユニットの前後方向の占有領域内に略収まるようにトランスアクスルの外周面に配設されているので、モータユニット及びインバータの側方のトランスアクスルの外周のスペースを利用して、高電圧部品の衝突保護性能も同時に確保することができる。
また、本発明によれば、高電圧部品の長手方向が車幅方向に指向され、高電圧部品が上記連結部の前方に配設されているので、トランスアクスルの入力軸の前方のスペースを有効活用して、高電圧部品を上記連結部と干渉させずにトランスアクスルの前面に配設することができる。
また、本発明によれば、コンプレッサの電動化による高い配設位置の自由度を活用して、コンプレッサを従来通例であったモータユニットではなくトランスアクスルの側に配設することが容易にできる。また、本発明では、電動コンプレッサをトランスアクスルの前面のうち入力軸の前方であってかつ連結部の前方の位置に配設しているので、電動コンプレッサの放射音の車室内侵入をトランスアクスルが壁となって抑制することができる。
本発明によれば、車両前部に備えたパワーユニットのインバータ・モータ間の高電圧ケーブルの衝突保護性能の確保と、上記パワーユニットに配設した高電圧部品の衝突保護性能の確保とが両立する電動車両が提供される。
本発明の実施形態に係る電動車両に備えられたパワーユニットの全体構成を示す骨子図である。 第1実施形態に係る上記パワーユニットの車両前方からの斜視図である。 同、車両後方からの斜視図である。 同、車両前方からの正面図である。 同、車両左方からの側面図である(ただし左側フロントサイドフレームは図示を省略してある)。 第2実施形態に係る上記パワーユニットの車両前方からの正面図である。 同、車両左方からの側面図である(ただし左側フロントサイドフレームは図示を省略してある)。 第3実施形態に係る上記パワーユニットの車両前方からの正面図である。 同、車両左方からの側面図である(ただし左側フロントサイドフレームは図示を省略してある)。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図中、符号F,R,Lはそれぞれ車両の前、右、左を表す。
<第1実施形態>
図1は、本発明の実施形態に係る電動車両に備えられたパワーユニット10の全体構成を示す骨子図である。本実施形態では、電動車両は内燃機関を有さない電気自動車(EV)である。車両前部にモータルームX(図2及び図3参照)が形成され、モータルームX内にパワーユニット10が備えられている。
パワーユニット10は、モータを含むモータユニット20と、モータの出力を増大して左右の前輪(図示せず)に伝達する減速機構G1,G2や差動機構Dを含むトランスアクスル30とを有する。モータユニット20及びトランスアクスル30は車幅方向に並んで一体に結合されている。モータユニット20はトランスアクスル30の右側に配置され、右側端部に設けられたモータユニット側マウント装置3を介して右側フロントサイドフレーム1に連結されている(図2参照)。トランスアクスル30はモータユニット20の左側に配置され、左側端部に設けられたトランスアクスル側マウント装置(本発明の「連結部」に相当する)4を介して左側フロントサイドフレーム(本発明の「車体側部材」に相当する)2に連結されている(図2参照)。
モータユニット20の上面、より詳しくは、モータユニットハウジング20aの上面に、車載バッテリ(図示せず)の直流電力を交流電力に変換してモータに供給するためのインバータ40が直接組み付けられている(すなわち直付けされている)。さらに、インバータ40の上に、電気モジュール50が積み重ねられて組み付けられている。電気モジュール50は、上記車載バッテリを例えば100Vや200Vの家庭用電源等で充電するための車載充電器や、電圧を適切なレベルに変換するためのDC/DCコンバータや、電線同士を結合、分岐、中継する際に用いる端子や端末を保護するためのジャンクションボックス等が一体にモジュール化されたものである。
トランスアクスル30は、プライマリシャフトP1、セカンダリシャフトP2、及びドライブシャフトP3を有する。プライマリシャフトP1は、トランスアクスル30の入力軸であって、車幅方向に延びるモータの出力軸P0と同軸に配置され、モータの回転が入力される。セカンダリシャフトP2は、プライマリシャフトP1と平行に配置され、減速機構である第1減速ギヤ対G1を介してプライマリシャフトP1の回転が伝達される。ドライブシャフトP3は、トランスアクスル30の出力軸であって、セカンダリシャフトP2と平行に配置され、減速機構である第2減速ギヤ対G2と差動機構Dとを介してセカンダリシャフトP2の回転が伝達される。ドライブシャフトP3の回転は左右の前輪に出力される。セカンダリシャフトP2はプライマリシャフトP1よりも後方に位置し、ドライブシャフトP3はセカンダリシャフトP2よりも後方に位置している。
トランスアクスル30の外周面、より詳しくは、トランスアクスルハウジング30aの外周面に、車両用補機であるエアコン用の電動コンプレッサ(本発明の「高電圧部品」に相当する)60が配設されている。その場合、電動コンプレッサ60は、パワーユニット10の前後方向の占有領域A内に略収まるように配設されている。特に、この第1実施形態では、電動コンプレッサ60は、軸方向が前後方向に指向され、トランスアクスル側マウント装置4と車幅方向に並んで、トランスアクスルハウジング30aの上面に配設されている(符号ア参照)。
図2は、この第1実施形態に係る上記パワーユニット10の車両前方からの斜視図、図3は、車両後方からの斜視図、図4は、車両前方からの正面図、図5は、車両左方からの側面図である。ただし、図5においては、左側フロントサイドフレーム2は図示を省略してある。
図2〜図5に示すように、モータユニットハウジング20aは、モータの形状に従って略円筒形の外観を有する。これに対し、トランスアクスルハウジング30aは、結合部30b、本体部30c、及び下方部30dの3つの部分が一体化された不定型な外観を有する。
結合部30bは、モータユニットハウジング20aの左側端部に結合する部分であり、左方に向けて径が縮小する先細りの形状を呈している。結合部30bは、モータの出力軸P0とプライマリシャフトP1との連結部分を収容する(図1参照)。
本体部30cは、上記結合部30bに連続する部分であり、左方及び後方に膨出し、後方への膨出部分がやや下方に傾斜する形状を呈している(図5参照)。本体部30cは、トランスアクスル30の主要部、すなわち、プライマリシャフトP1、セカンダリシャフトP2、ドライブシャフトP3、減速機構G1,G2、及び差動機構Dを収容する(図1参照)。
図5に、プライマリシャフトP1、セカンダリシャフトP2、及びドライブシャフトP3の軸心の位置を「●」で示した。図示したように、セカンダリシャフトP2はプライマリシャフトP1よりもやや上方の位置で後方に位置し、ドライブシャフトP3はセカンダリシャフトP2及びプライマリシャフトP1よりも下方の位置で後方に位置している。本体部30cの後方への膨出部分にセカンダリシャフトP2及びドライブシャフトP3が収容され、特に、下方への傾斜部分にドライブシャフトP3及び差動機構Dが収容されている。
下方部30dは、上記本体部30cの下端部を構成する部分であり、本体部30cよりも前端部が前方に膨出する形状を呈している。下方部30dは、潤滑油を貯留する。下方部30dに貯留された潤滑油は、前進走行時、第2減速ギヤ対G2の大径側のギヤである差動機構Dのリングギヤ(図1参照)で前方かつ上方に掻き上げられ、本体部30cに収容された各部を潤滑した後、再び下方部30dに溜まる。
一方、インバータ40及び電気モジュール50は、それぞれ、箱形の外観を有する。インバータ40がモータユニット20の上面に直付けされ、複数本のボルトでモータユニットハウジング20aに締結固定されている。電気モジュール50がインバータ40の上に積み重ねられ、複数本のボルトでインバータ40に締結固定されている。
図示しないが、高電圧部品であるインバータ40とモータとを接続する高電圧ケーブルは、パワーユニット10の外部に露出することなく、インバータ40及びモータユニットハウジング20aの内部で配索されている。そのため、上記高電圧ケーブルの衝突保護性能を確保することができる。また、上記高電圧ケーブルの短縮化、コンパクト化も図ることができ、ノイズや電力ロスの抑制の点でも有利となる。
図2〜図5から明らかなように、インバータ40(及び電気モジュール50)は、モータユニットハウジング20aの上面を略全面的に覆っている。そのため、モータユニットハウジング20aの外周面には、電動コンプレッサ60を、図5に符号Aで示すパワーユニット10の前後方向の占有領域の内に収まるように配設するスペースが見当たらない状況である。ここで、上記占有領域Aとは、パワーユニット10全体において最も前方に位置する部分と最も後方に位置する部分との間の前後方向の領域をいう。本実施形態では、最も前方に位置する部分は、トランスアクスルハウジング30aの結合部30bに形成されたフランジの前端部であり、最も後方に位置する部分は、トランスアクスルハウジング30aの本体部30cの後方への膨出部分に形成されたフランジの後端部である。
従来、エアコン用コンプレッサは、内燃機関の出力軸でベルト駆動されていたので、電動化された後も、駆動源であるモータユニット20の側に配設するのが通例となっている。そのため、インバータ40がモータユニットハウジング20aの上面を略全面的に覆っている状況では、言い換えると、電動コンプレッサ60をモータユニットハウジング20aの上面に配設することができない状況では、電動コンプレッサ60をモータユニットハウジング20aの前面か後面に配設する他はない。しかし、そうすると、電動コンプレッサ60が上記占有領域Aから前方又は後方に突出し、高電圧部品である電動コンプレッサ60の衝突保護性能を確保することができなくなる。
そこで、この実施形態では、電動コンプレッサ60をモータユニットハウジング20aではなくその側方のトランスアクスルハウジング30aの外周面に配設したものである。トランスアクスルハウジング30aの上面はモータユニットハウジング20aとは異なり開放されている。そのため、電動コンプレッサ60をトランスアクスルハウジング30aの上面に配設することが可能であり、特にこの第1実施形態では、そうすることによって、電動コンプレッサ60をパワーユニット10の前後方向の占有領域A内に収めている。
このように、モータユニット20及びインバータ40の側方のトランスアクスル30の外周のスペースを利用することにより、インバータ40とモータとを接続する高電圧ケーブルの衝突保護性能を確保すると同時に電動コンプレッサ60の衝突保護性能も併せて確保することが可能となる。電動コンプレッサ60は、従来のように内燃機関の出力軸でベルト駆動する必要のないものである。そのため、電動コンプレッサ60は、その配設位置の自由度が高いものであり、この高い配設位置の自由度を活用して、従来通例であったモータユニット20の側ではなくトランスアクスル30の側に容易に配設することができる。
電動コンプレッサ60は、車載バッテリによりモータ(図示せず)が駆動して冷媒を圧縮するもので、上記モータの形状に従って略円筒形の外観を有する。そのため、上記モータの軸方向が長手方向とされている。トランスアクスルハウジング30aの左側端部、より詳しくは、本体部30cの左側端部の上面には、パワーユニット10の左側端部を左側フロントサイドフレーム2に連結するためのトランスアクスル側マウント装置4が設けられている。この第1実施形態では、上記トランスアクスル側マウント装置4との干渉を避けるために、電動コンプレッサ60は、軸方向が前後方向に指向された上で、上記マウント装置4と車幅方向に並んで、トランスアクスルハウジング30aの上面に配設されている。
具体的に、トランスアクスル側マウント装置4は、図5に示すように、側面視でプライマリシャフトP1の略真上に位置し、本体部30cの比較的高い位置に設けられている。これに対応して、モータユニットハウジング20aの右側端部には、パワーユニット10の右側端部を右側フロントサイドフレーム1に連結するためのモータユニット側マウント装置3が設けられ、このモータユニット側マウント装置3は、側面視でモータの出力軸P0の略真上に位置している(図1参照)。
パワーユニット10は、さらに、第3マウント装置5により、その後側かつ下側部分が、フロントサイドフレーム1,2の後部かつ下部間に架設されたサスクロスメンバ(図示せず)に連結されている。第3マウント装置5は、トランスアクスルハウジング30aの本体部30cの後方膨出部分の下部に設けられている。つまり、パワーユニット10は、左、右、後の3点マウントで当該車両に搭載されている。
電動コンプレッサ60は、図4に示すように、正面視で結合部30bと本体部30cとの境界部に位置し、図5に示すように、側面視でプライマリシャフトP1の略真上に位置し、トランスアクスル側マウント装置4と前後方向で重複しつつ、前後方向に水平姿勢で、トランスアクスルハウジング30aの上面に配設されている。したがって、電動コンプレッサ60は、トランスアクスル30への配設の重量バランスが良くなり、NVH(特に低周波振動)の点で有利となる。
なお、詳しくは図示しないが、電動コンプレッサ60は、トランスアクスルハウジング30aに形成したボス部を介して、複数箇所(例えば3箇所)で、トランスアクスルハウジング30aに締結固定されている。
<第2実施形態>
この第2実施形態は、電動コンプレッサ60がパワーユニット10の前後方向の占有領域A内に収まるようにトランスアクスルハウジング30aの外周面に配設されている点は、第1実施形態と同様であるが、電動コンプレッサ60は、軸方向が車幅方向に指向され、トランスアクスル側マウント装置4と車幅方向で一部重複しつつ、トランスアクスルハウジング30aの上面のうちドライブシャフトP3の上方であってかつ上記マウント装置4の後方の位置に配設されている(図1の符号イ参照)点で、第1実施形態と異なっている。その他の構成は第1実施形態と同様なので、図4に対応する図6及び図5に対応する図7に基き、第1実施形態と同じ符号を用い、第1実施形態と異なる特徴部分のみ説明を加える。
すなわち、電動コンプレッサ60は、図6に示すように、正面視で軸方向が車幅方向に指向され、トランスアクスル側マウント装置4と車幅方向で右端部側が一部重複しつつ、車幅方向に水平姿勢で、図7に示すように、側面視でドライブシャフトP3の上方に位置し、上記マウント装置4の後方のトランスアクスルハウジング30aの本体部30cの後方膨出部分の上面に配設されている。
この第2実施形態によれば、ドライブシャフトP3の上方のスペースを有効活用して、電動コンプレッサ60をトランスアクスル側マウント装置4と干渉させずにトランスアクスルハウジング30aの上面に配設することができる。
<第3実施形態>
この第3実施形態も、電動コンプレッサ60がパワーユニット10の前後方向の占有領域A内に収まる(略収まる)ようにトランスアクスルハウジング30aの外周面に配設されている点は、第1実施形態と同様であるが、電動コンプレッサ60は、軸方向が車幅方向に指向され、トランスアクスル側マウント装置4と車幅方向で一部重複しつつ、トランスアクスルハウジング30aの前面のうちプライマリシャフトP1の前方であってかつ上記マウント装置4の前方の位置に配設されている(図1の符号ウ参照)点で、第1実施形態と異なっている。その他の構成は第1実施形態と同様なので、図4に対応する図8及び図5に対応する図9に基き、第1実施形態と同じ符号を用い、第1実施形態と異なる特徴部分のみ説明を加える。
すなわち、電動コンプレッサ60は、図8に示すように、正面視で軸方向が車幅方向に指向され、トランスアクスル側マウント装置4と車幅方向で右端部側が一部重複しつつ、車幅方向に水平姿勢で、図9に示すように、側面視でプライマリシャフトP1の前方に位置し、上記マウント装置4の前方のトランスアクスルハウジング30aの本体部30cの前面に配設されている。
この第3実施形態によれば、プライマリシャフトP1の前方のスペースを有効活用して、電動コンプレッサ60をトランスアクスル側マウント装置4と干渉させずにトランスアクスルハウジング30aの前面に配設することができる。
また、電動コンプレッサ60をトランスアクスル30の前面に配設するので、電動コンプレッサ60の放射音の車室内侵入をトランスアクスル30が壁となって抑制することができる。
なお、この第3実施形態において、電動コンプレッサ60がパワーユニット10の前後方向の占有領域A内に略収まるとは、電動コンプレッサ60の衝突保護性能を確保するために別途保護カバー等が必要とならない程度に収まっていることをいう。例えば、電動コンプレッサ60の容積の8割以上、あるいは、電動コンプレッサ60の前後長の8割以上が収まっている状態をいう。
<その他の実施形態>
第1実施形態では、電動コンプレッサ60とトランスアクスル側マウント装置4との干渉を避けるために、電動コンプレッサ60を上記マウント装置4と車幅方向に並べてトランスアクスル30の上面に配設する場合は、電動コンプレッサ60の軸方向を前後方向に指向させたが、例えば電動コンプレッサ60の軸方向の長さが比較的短いとき等は、これに限らず、電動コンプレッサ60の軸方向を車幅方向に指向させても構わない。
また、第2実施形態及び第3実施形態において、電動コンプレッサ60がパワーユニット10の前後方向の占有領域A内に収まるあるいは略収まる限り、電動コンプレッサ60の軸方向を車幅方向に代えて前後方向や上下方向に指向させることもできる。
また、第3実施形態において、例えば電動コンプレッサ60のサイズや形状等によっては、電動コンプレッサ60がパワーユニット10の前後方向の占有領域A内に完全に収まるように電動コンプレッサ60をトランスアクスルハウジング30aの前面に配設することも可能である。
上記実施形態では、パワーユニット10の前後方向の占有領域Aは、トランスアクスルハウジング30aの結合部30bのフランジ前端部とトランスアクスルハウジング30aの本体部30cのフランジ後端部との間の領域であったが、これに限らず、例えばパワーユニット10の最も前方に位置する部分がモータユニット20に属する部分であってもよい。
上記実施形態では、高電圧部品は電動コンプレッサ60であったが、これに限らず、例えばPTCヒータ等のその他の車両用補機であってもよい。
上記実施形態では、電動車両は内燃機関を有さない電気自動車であったが、これに限らず、本発明は、内燃機関を有するハイブリッド車両にも好ましく適用可能である。
2 左側フロントサイドフレーム(車体側部材)
4 トランスアクスル側マウント装置(連結部)
10 パワーユニット
20 モータユニット
20a モータユニットハウジング
30 トランスアクスル
30a トランスアクスルハウジング
30b 結合部
30c 本体部
30d 下方部
40 インバータ
50 電気モジュール
60 電動コンプレッサ(高電圧部品)
A パワーユニットの前後方向の占有領域
P0 モータの出力軸
P1 プライマリシャフト(トランスアクスルの入力軸)
P2 セカンダリシャフト
P3 ドライブシャフト(トランスアクスルの出力軸)

Claims (1)

  1. モータを含むモータユニットと上記モータの出力を車輪側に伝達するトランスアクスルとが車幅方向に並んで一体に結合されたパワーユニットを車両前部に備える電動車両であって、
    上記モータに電力を供給するためのインバータと、
    車両用補機である高電圧部品と、
    上記トランスアクスル車体側部材とを連結する連結部と、
    が備えられ、
    上記インバータは、上記モータユニットの上面に直接組み付けられ、
    上記トランスアクスルが上記連結部を介して上記車体側部材と連結されるのは、当該トランスアクスルにおける、上記モータユニットとは反対側に位置する車幅方向側端部の上面であり、
    上記高電圧部品は、上記パワーユニットの前後方向の占有領域内に略収まるように、上記トランスアクスルの外周面に配設されており、
    上記トランスアクスルは、上記モータの出力軸と同軸でモータの回転が入力される入力軸を有し、
    上記高電圧部品は、長手方向が車幅方向に指向され、上記連結部と車幅方向で一部重複しつつ、上記トランスアクスルの前面のうち上記入力軸の前方であってかつ上記連結部の前方の位置に配設されており、
    上記高電圧部品は、電動コンプレッサである
    ことを特徴とする電動車両。
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