JP6702155B2 - インバータの車載構造 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、直流電源の出力電力を走行モータ駆動用の交流電力に変換するインバータのフロントコンパートメントへの車載構造に関する。

直流電源の出力電力を走行モータ駆動用の交流電力に変換するインバータは、車両のフロントコンパートメントに搭載されることが多い。また、インバータには、いくつかのコネクタが接続されている。車両が衝突したときにコネクタを保護する技術が例えば特許文献１、２に開示されている。特許文献１、２に開示された技術は、インバータに接続されているコネクタを保護するプロテクタをインバータの筐体に取り付ける。特許文献２に開示された技術では、車体パネル（車室とフロントコンパートメントを仕切るパネル）の前方にインバータが配置されており、衝突の衝撃でインバータが後退したときにインバータに接続されているコネクタが車体パネルと接触してダメージを受けないようにプロテクタが取り付けられている。

特開２０１２−１２６１５２号公報 特開２０１３−２３７４１３号公報

インバータにはいくつかのコネクタが接続されることがある。あるタイプのインバータには、その後部に２個のコネクタ（第１コネクタと第２コネクタ）が取り付けられている。第１コネクタは、インバータの内部に収容されているコンデンサを放電させる放電指令を伝達する信号ケーブルのコネクタである。第２コネクタは、直流電源から延びる電力線のコネクタである。衝突の際、第１コネクタが損傷すると、放電指令がインバータの内部の回路に届かず放電が実施されないおそれがある。それゆえ、第１コネクタは衝突の衝撃から保護されることが望ましい。一方、インバータをフロントコンパートメントに搭載する場合、インバータは、カウルパネルの前方に配置されることがある。その場合、衝突の衝撃によってインバータが後退すると、カウルパネルとインバータが接触する。その際にインバータに取り付けられた第１コネクタがカウルトップと衝突してダメージを受けるおそれがある。特許文献１、２の技術のように、第１コネクタを保護するプロテクタをインバータの筐体に取り付けると、プロテクタが邪魔になって第１コネクタの脱着作業が煩雑になってしまう。

本明細書は、直流電源の出力電力を走行モータ駆動用の交流電力に変換するインバータのフロントコンパートメントへの車載構造を開示する。インバータは、フロントコンパートメントにてカウルパネルの前方に位置している。インバータは、その後部に、第１コネクタと第２コネクタが取り付けられている。第１コネクタは、インバータの内部に収容されているコンデンサを放電させる放電指令を伝達する信号ケーブルのコネクタである。第２コネクタは、直流電源から延びる電力線のコネクタである。カウルパネルには、第２コネクタの後方の位置に、第２コネクタに対向するようにストッパが取り付けられている。第２コネクタからストッパまでの距離が、第１コネクタからその後方のカウルパネルまでの距離よりも短くなっている。上記の車載構造によれば、車両が前方衝突してインバータが後退したとき、第１コネクタがカウルパネルに接触するよりも先に第２コネクタがカウルパネルのストッパと接触する。インバータがさらに後退すると、第２コネクタがストッパと一緒にカウルパネルを後方へ押しやる。その結果、第１コネクタのカウルパネルとの衝突が回避される。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の車載構造を採用したハイブリッド車の電力系のブロック図である。 実施例の車載構造を含むフロントコンパートメントにおけるデバイス配置を示す斜視図である。 車載されたインバータの平面図である。 車載されたインバータの側面図である。 インバータが後方へ移動したときの側面図である。

図面を参照して実施例の車載構造を説明する。実施例の車載構造は、走行用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車１００に適用されている。まず、ハイブリッド車１００の電気系を説明する。図１にハイブリッド車１００の電気系のブロック図を示す。図１のブロック図では、本明細書が開示する技術の説明に必要のない一部の部品は図示を省略してあることに留意されたい。

ハイブリッド車１００は、走行用に電気モータ８（走行用モータ８）とエンジン１３を備える。以下では説明を簡単にするため、走行用モータ８を単純にモータ８と表記する。モータ８にはインバータ５が接続されており、そのインバータ５が、高電圧バッテリ３の直流電力をモータ駆動用の交流電力に変換する。モータ８の出力とエンジン１３の出力は動力分配機構９により合成され車軸１１に出力される。動力分配機構９は、場合によってはエンジン１３の出力トルクを車軸１１とモータ８に分配する。このとき、モータ８は、エンジン１３の出力トルクの一部により発電する。また、運転者がブレーキペダルを踏んだとき、モータ８は、車両の減速エネルギを利用して発電する。発電で得られた電力（回生電力）はインバータ５を介して高電圧バッテリ３に供給される。モータ８が発電した交流の回生電力は、インバータ５によって直流電力に変換されて高電圧バッテリ３へ供給される。

エンジン１３の筐体には、エンジンコントローラ１２が取り付けられている。エンジンコントローラ１２は、車両全体の制御を司るＨＶコントローラ６とエンジンワイヤハーネス２８で接続されている。エンジンワイヤハーネス２８は、ＨＶコントローラ６とエンジンコントローラ１２との間で様々な信号を伝達するための通信ケーブルである。

インバータ５は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を備えている。電圧コンバータ回路は、高電圧バッテリ３の電力をモータ８の駆動に適した電圧まで昇圧する。高電圧バッテリ３の出力電圧は例えば３００ボルトであり、昇圧後の電圧は例えば６００ボルトである。インバータ回路は、昇圧された直流電力を、モータ８の駆動に適した周波数を有する三相交流電力に変換する。インバータ回路は、モータ８が発電した交流電力を直流電力に変換する機能も有している。電圧コンバータ回路は、インバータ回路で直流変換された電力の電圧を高電圧バッテリ３の電圧まで降圧する機能も有している。即ち、インバータ５に内蔵されている電圧コンバータ回路は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。電圧コンバータ回路とインバータ回路については詳しい説明は省略する。

インバータ５には、高電圧バッテリ３の電流を平滑化するコンデンサ１６が備えられている。さらに、インバータ５には、車両衝突時にコンデンサ１６を放電する放電回路１７が備えられている。放電回路１７は、例えば放電抵抗である。あるいは、先に述べた昇圧コンバータ回路やインバータ回路が放電回路として利用される場合もある。

コンデンサ１６には高電圧バッテリ３の電圧が印加されており、衝突の際に放電回路１７がコンデンサ１６を放電することでインバータ５の安全性が確保される。ＨＶコントローラ６からインバータ５へ、放電回路１７を起動してコンデンサ１６を放電させる放電指令が伝達される。ＨＶコントローラ６は、エアバックコントローラ１８から、車両が衝突したことを示す信号を受け取ると、インバータ５へ放電指令を送信する。同時にＨＶコントローラ６は、高電圧バッテリ３とインバータ５を電気的に接続しているシステムメインリレー４を開放する。システムメインリレー４が開放されると、インバータ５が高電圧バッテリ３から遮断され、コンデンサ１６への電力供給が止まり、コンデンサ１６の放電が可能になる。なお、エアバックコントローラ１８は、衝突を検知する加速度センサを備えており、加速度センサが所定の大きさ以上の加速度を検知すると、車両が衝突したことを示す信号をＨＶコントローラ６へ送信する。

高電圧バッテリ３とインバータ５は、高電圧電力線２４で接続されている。高電圧電力線２４の一端には高電圧コネクタ２２が取り付けられており、その高電圧コネクタ２２がインバータ５に接続されている。即ち、高電圧電力線２４と高電圧コネクタ２２が、高電圧バッテリ３の電力をインバータ５に供給する。高電圧電力線２４の途中には、システムメインリレー４が備えられている。

インバータ５には、低電圧で駆動する制御回路も収容されている。ここで、低電圧とは、上記した高電圧バッテリ３の出力電圧よりも低い電圧である。その制御回路へ電力を供給するために、インバータ５は、補機バッテリ７とも接続されている。補機バッテリ７の出力電圧は、高電圧バッテリ３の出力電圧よりも低く、例えば１２ボルトである。補機バッテリ７は、補機共通電力線１４と低電圧電力線２６を介してインバータ５と接続されている。低電圧電力線２６の一端には低電圧コネクタ２１が取り付けられており、その低電圧コネクタ２１がインバータ５に接続されている。補機共通電力線１４は、車内に張り巡らされている電力線であり、様々な補機に電力を供給する。「補機」とは、低電圧で駆動するデバイス群の総称である。補機の一例は、カーナビゲーション装置１５である。インバータ５に実装されている、低電圧で動作する制御回路も「補機」に属する。

低電圧コネクタ２１には、低電圧電力線２６のほか、信号ワイヤハーネス２７が接続されている。信号ワイヤハーネス２７は、インバータ５とＨＶコントローラ６の間で様々な信号をやり取りするための通信ケーブルである。先に述べた放電指令も、信号ワイヤハーネス２７を通じてＨＶコントローラ６からインバータ５へ伝達される。車両が衝突した際、ＨＶコントローラ６がインバータ５へ放電指令を送信する前に低電圧コネクタ２１がダメージを受けると、インバータ５は放電指令を適切に受信できず、コンデンサ１６の放電が実施されないおそれがある。ハイブリッド車１００は、正面衝突の際に低電圧コネクタ２１がダメージを受け難い構造を備えている。次に、インバータ５の車載構造２を説明する。

図２から図５を参照してインバータ５の車載構造２を説明する。図２はハイブリッド車１００のフロントコンパートメント９０におけるデバイスレイアウトを示す斜視図である。図３は、フロントコンパートメント９０に搭載されたインバータ５の平面図である。図４は、フロントコンパートメント９０に搭載されたインバータ５の側面図である。図３の平面図は、インバータ５とその周辺のみを描いてある。図４の符号４３はフロントコンパートメント９０を覆うフードを示している。図２と図３では、フード４３の図示を省略してある。

図中の座標系について説明する。座標系のＦ軸が車両前方を示し、Ｈ軸が車幅方向を示し、Ｖ軸が車両上方を示している。以下、本明細書における「前」とは車両前後方向の「前」を意味し、「後」とは車両前後方向の「後」を意味する。フロントコンパートメント９０は、車両前部空間に相当する。

フロントコンパートメント９０には、エンジン１３、トランスアクスル３０（モータ８）、インバータ５、補機バッテリ７が格納されている。なお、フロントコンパートメント９０には、他にも様々な部品が格納されているが、ここでは、上記した部品以外は説明を割愛する。補機バッテリ７のケーブルなどの図示も省略した。

トランスアクスル３０には、走行用のモータ８と、動力分配機構９と、デファレンシャルギアが収容されている。即ち、トランスアクスル３０は、走行用のモータ８を収容するハウジングでもある。トランスアクスル３０はエンジン１３と車幅方向で連結されている。エンジン１３の出力トルクとモータ８の出力トルクはトランスアクスル３０の中の動力分配機構９にて合成され、デファレンシャルギアを介して車軸１１へ伝達される。

エンジン１３とトランスアクスル３０は、フロントコンパートメント９０の下方で車両前後方向に延びる２本のサイドメンバ９２の間に懸架されている。なお、図２では一方のサイドメンバは隠れて見えない。トランスアクスル３０の上にインバータ５が固定されている。

インバータ５は、トランスアクスル３０に固定されている。より詳しくは、インバータ５は、フロントブラケット３１とリアブラケット３２により、トランスアクスル３０の上方に固定されている。図４に示されているように、トランスアクスル３０の上面とインバータ５との間には隙間が確保されている。即ち、インバータ５は、直接にはトランスアクスル３０に触れておらず、フロントブラケット３１とリアブラケット３２を介してトランスアクスル３０に支持されている。これは、エンジン１３の振動やモータ８の振動からインバータ５を保護するためである。なお、図示は省略しているが、フロントブラケット３１とインバータ５の間、及び、リアブラケット３２とインバータ５の間には防振ブッシュが組み込まれている。インバータ５は、フロントブラケット３１とリアブラケット３２により支持されているため、車両衝突の際に前方から衝突荷重を受けると後退する場合がある。

インバータ５の後部上方（上面後方）には低電圧コネクタ２１が取り付けられている。低電圧コネクタ２１は、補機バッテリ７に接続されている低電圧電力線２６と、ＨＶコントローラ６に接続されている信号ワイヤハーネス２７をインバータ５に接続するコネクタである。

図４に示されているように、インバータ５の後面には高電圧コネクタ２２が設けられている。高電圧コネクタ２２は、高電圧バッテリ３（図１）と接続されている高電圧電力線２４をインバータ５に接続するコネクタである。なお、図３では、高電圧コネクタ２２に接続されている高電圧電力線２４の図示は省略した。

フロントコンパートメント９０の車両後方側には、金属製のカウルパネル４４が配置されている。カウルパネル４４は、フロントコンパートメント９０と車室を区画するダッシュパネル４８に連結されている。カウルパネル４４は、車幅方向に延びており、図４に示されているように、車両前後方向（図中のＦ軸方向）と車両上下方向（図中のＶ軸方向）に拡がる平面でカットした断面は、上に開いている湾曲形状を成している。「上に開いている湾曲形状」とは、別言すれば、下に向けて凸となるように湾曲していることである。カウルパネル４４の後縁はフロントガラス４６の下縁と接しており、その前縁はフロントコンパートメント９０を覆うフード４３が接している（図４参照）。

上に開いているカウルパネル４４の上方は樹脂製のカウルトップパネル４５で覆われている。また、カウルパネル４４の上方に（湾曲の内側に）、ワイパーピボット３４が配置されている。ワイパーピボット３４は、ピボットホルダ４９で支持されている。そのピボットホルダ４９は、カウルパネル４４に固定されている。ワイパーピボット３４は、カウルトップパネル４５を貫通しており、その一部が露出している。ワイパーピボット３４は、ワイパーアームの回転軸となる部品である。図３では、ワイパーピボット３４とワイパーアームの図示を省略し、図４ではワイパーアームの図示を省略した。

図４に示されているように、低電圧コネクタ２１と高電圧コネクタ２２の後方にカウルパネル４４が位置している。正面衝突の衝撃でインバータ５が後方へ後退すると、低電圧コネクタ２１が金属製のカウルパネル４４と接触する可能性がある。カウルパネル４４との接触で低電圧コネクタ２１がダメージを受けると、信号ワイヤハーネス２７を通じてＨＶコントローラ６から送られる放電指令がインバータ５の内部の放電回路１７に伝達されなくなるおそれがある。そこで、インバータ５の車載構造２では、インバータ５が後退したときの低電圧コネクタ２１のカウルパネル４４との接触を回避する構造が採用されている。

車載構造２では、カウルパネル４４にストッパ４７が取り付けられている。ストッパ４７は、金属板を折り曲げたものであり、高電圧コネクタ２２の後方に位置するように、カウルパネル４４に取り付けられている。図３の平面図と図４の側面図に、ストッパ４７が高電圧コネクタ２２の後方に位置することが示されている。ストッパ４７の前面は高電圧コネクタ２２と対向する。ストッパ４７は、高電圧コネクタ２２からストッパ４７までの距離L１が、低電圧コネクタ２１からその後方のカウルパネル４４までの距離L２よりも短くなるように取り付けられている。この位置関係により、衝突の衝撃でインバータ５が後退したとき、低電圧コネクタ２１がカウルパネル４４と接触するよりも先に高電圧コネクタ２２がストッパ４７と接触する。インバータ５がさらに後退すると、高電圧コネクタ２２がストッパ４７とともにカウルパネル４４を後方へ押しやる。図５に、インバータ５が後方へ移動したときの側面図を示す。図５によく示されているように、インバータ５が後退したとき、ストッパ４７とともにカウルパネル４４がインバータ５によって後方に押し下げられる。その結果、低電圧コネクタ２１とカウルパネル４４との間には隙間Ｓｐが確保される。衝突の衝撃でインバータ５が後退したとき、低電圧コネクタ２１がカウルパネル４４と接触することが回避される。なお、高電圧コネクタ２２には、ストッパ４７との接触でも破壊されない強度が確保されている。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の低電圧コネクタ２１が第１コネクタの一例である。実施例の高電圧コネクタ２２が第２コネクタの一例である。本明細書が開示する車載構造は、エンジンを備えない電気自動車や燃料電池車にも適用することができる。実施例のストッパ４７は、金属板を折り曲げられて作られている。ストッパ４７は、金属ブロックであってもよい。

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：車載構造
３：高電圧バッテリ
４：システムメインリレー
５：インバータ
６：ＨＶコントローラ
７：補機バッテリ
８：走行用モータ
９：動力分配機構
１１：車軸
１２：エンジンコントローラ
１３：エンジン
１４：補機共通電力線
１５：カーナビゲーション装置
１６：コンデンサ
１７：放電回路
１８：エアバックコントローラ
２１：低電圧コネクタ
２２：高電圧コネクタ
２４：高電圧電力線
２６：低電圧電力線
２７：信号ワイヤハーネス
２８：エンジンワイヤハーネス
３０：トランスアクスル
３１：フロントブラケット
３２：リアブラケット
４４：カウルパネル
４５：カウルトップパネル
４７：ストッパ
４８：ダッシュパネル
９０：フロントコンパートメント
１００：ハイブリッド車

Claims (1)

1. 直流電源の出力電力を走行モータ駆動用の交流電力に変換するインバータのフロントコンパートメントへの車載構造であり、
   前記インバータは、フロントコンパートメントにてカウルパネルの前方に位置しており、
   前記インバータは、その後部に、当該インバータの内部に収容されているコンデンサを放電させる放電指令を伝達する信号ケーブルのコネクタ（第１コネクタ）と、前記直流電源から延びる電力線のコネクタ（第２コネクタ）が取り付けられており、
   前記カウルパネルには、前記第２コネクタの後方の位置にストッパが取り付けられており、
   前記第２コネクタから前記ストッパまでの距離が、前記第１コネクタからその後方の前記カウルパネルまでの距離よりも短い、
   ことを特徴とするインバータの車載構造。

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