JP6984398B2

JP6984398B2 - パワーコントロールユニット

Info

Publication number: JP6984398B2
Application number: JP2017246606A
Authority: JP
Inventors: 啓介結城
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP2019111918A

Description

本発明は、電力変換装置が収容された筐体を備え、車両のエンジンコンパートメント内に配置されるパワーコントロールユニットに関する。

車両上下方向に互いに突き合わされた２つの筐体部が、外周部に配置された複数の締結部においてボルトにて締結された筐体を備え、その筐体に電力変換装置が収容されたパワーコントロールユニットが知られている（特許文献１）。このパワーコントロールユニットは車両のエンジンコンパートメント内に配置されている。

特開２０１４−４３１２４号公報

特許文献１のような筐体は、車両前方からの衝突荷重が一方の筐体部に偏って入力した場合、側面部に配置された締結部のボルトにせん断荷重が集中して当該ボルトがせん断破壊するおそれがある。

そこで、本発明は、車両前方衝突時において、筐体の側面部に配置された締結部のボルトに対するせん断荷重を緩和できるパワーコントロールユニットを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るパワーコントロールユニットは、車両前後方向に延びる一対の側面部と前記一対の側面部の各端部に位置する４つの角部とを有し、電力変換装置を収容する筐体を備え、車両のエンジンコンパートメント内に配置されるパワーコントロールユニットにおいて、前記筐体は、接合面同士を突き合わせた状態で車両上下方向に重ねられ、前記４つの角部及び前記一対の側面部に配置された複数の締結部でボルトにて締結された第１筐体部及び第２筐体部を有しており、前記複数の締結部の少なくとも一つには、前記接合面よりも車両上下方向に突出する突出部と、前記接合面同士を突き合わせた状態で前記突出部と噛み合って車両前後方向に関する前記接合面同士の相対移動を阻止する噛み合い部と、前記ボルトの締結によって互いに接触する締結面とが設けられ、前記突出部は前記締結面上にて前記車両上下方向に突出するように設けられ、前記接合面と前記締結面とは溝部によって分断されているものである。

本発明の一形態に係るパワーコントロールユニットの上面図。図１の矢印II方向から見た状態を示した図。図２のIII-III線に関して上下に分解して下部の状態を示した上面図。図１の矢印IV方向から見た一部の状態を拡大した拡大斜視図。本形態の効果を比較例とともに示した図。変形例の構成を示した図。

図１及び図２に示したパワーコントロールユニット（以下、ＰＣＵという。）１は、例えば、ハイブリッド車や電気自動車等の車両の動力源が搭載されるエンジンコンパートメント（不図示）内に配置されて車両の電力制御に使用される。ＰＣＵ１は、例えばインバータ及びコンバータとして機能する電力変換装置（不図示）を収容し概略的に矩形状に形成された筐体２を備えている。なお、図１及び他の図において、矢印Ｆｒは車両前方、矢印Ｒｒは車両後方、矢印Ｒは車両右側、矢印Ｌは車両左側、矢印Ｕは車両上方、矢印Ｄは車両下方をそれぞれ示している。筐体２は、概略的に矩形状に形成されているため、車両前後方向に延びる一対の側面部２ａと、各側面部２ａの両端部に位置する４つの角部２ｂとを有する。

図２に示したように、筐体２は、車両上下方向の下側に位置しコンバータ回路を収めるためのコンバータケース３と、車両上下方向の上側に位置しインバータ回路を収めるためのインバータケース４とを備えている。図３にも示したように、コンバータケース３とインバータケース４とは、それぞれ車両上下方向に開口しており、コンバータケース３の上方の開口部を一巡する接合面５とインバータケース４の下方の開口部を一巡する接合面６とが互いに突き合わされた状態で車両上下方向に重ねられている。そして、それぞれの接合面５、６が突き合わされた状態で、図１に示したように７本のボルト９にて締結されている。

図２に示すように、コンバータケース３の下方の開口部はロアカバー１０にて、インバータケース４の上方の開口部はアッパーカバー１１にてそれぞれ塞がれている。ロアカバー１０及びアッパーカバー１１は複数のボルト１２にて締結されている。筐体２はそのコンバータケース３が不図示のトランスアクスルの上部に取り付けられることによりエンジンコンパートメントに配置されている。トランスアクスルはエンジンコンパートメント内において不図示の車体構成部材に固定されている。コンバータケース３は上記態様の第１筐体部の一例に相当し、インバータケース４は上記態様の第２筐体部の一例に相当する。

なお、筐体２の電磁シールド性を確保するため、筐体２の各構成要素はいずれも金属材料で構成されている。コンバータケース３及びインバータケース４は、アルミ系材料を鋳造することにより構成されており、ロアカバー１０及びアッパーカバー１１は鋼板材料がプレス加工されることにより構成されている。また、筐体２のシール性を確保するため、筐体２の各構成要素は、液状のシール材の一種であるフォームドインプレイスガスケット（ＦＩＰＧ）が接合面に塗布された状態で接合されている。

図３にも示したように、ボルト９にて締結される締結部１５Ａ〜１５Ｇは、筐体２の各角部２ｂ、各側面部２ａ、及び車両前方側の前面部２ｃにそれぞれ配置されている。以下、締結部１５Ａ〜１５Ｇを互いに区別する必要がない場合は締結部１５と称する場合がある。各締結部１５は、コンバータケース３の接合面５と一体の締結面１６と、インバータケース４の接合面６と一体の締結面１７とが重ね合わされて構成されている。なお、図３にはコンバータケース３の接合面５と締結面１６との配置が示されているが、インバータケース４の側の配置も図３と同様である。

一対の側面部２ａに配置された締結部１５Ｅ及び締結部１５Ｆのうち、車両右側の締結部１５Ｅは締結部１５Ａと締結部１５Ｄとの中間に、車両左側の締結部１５Ｆは締結部１５Ｂと締結部１５Ｃとの中間にそれぞれ配置されている。各締結部１５には、インバータケース４側にボルト９が挿入されるボルト挿入孔１８（図１参照）が形成され、コンバータケース３側にボルト９と噛み合う雌ねじ１９（図３参照）が形成されている。

図１及び図４に示すように、車両右側の締結部１５Ｅには、コンバータケース３側の締結面１６においてボルト９よりも車両後方側に位置しかつ接合面５よりも車両上側に突出する突出部２０と、インバータケース４側において突出部２０と噛み合う噛み合い部２１とが設けられている。図４に示したように、噛み合い部２１は突出部２０が嵌り込むように車幅方向内側に後退し、かつ車幅方向外側に開口する凹形状に構成されている。突出部２０と噛み合い部２１とが噛み合うことにより、互いに突き合わされた接合面５、６同士の車両前後方向に関する相対移動が阻止される。

（本形態の効果）
図１及び図２に示したように、車両前方衝突時において、エンジンコンパートメント内におけるＰＣＵ１の配置及び周辺装置の配置によって車両前方からの衝突荷重ＦがＰＣＵ１のインバータケース４の右側に偏って入力される。そして、衝突荷重Ｆが入力された場合には、筐体２の構造上、剛性が他よりも高い箇所である右側の締結部１５Ｅに荷重が集中する。その荷重は締結部１５Ｅに装着されたボルト９と突出部２０とに分散される。このため、突出部２０及び噛み合い部２１がなく締結部にボルトのみが装着された形態と比較して、ボルト９に対するせん断荷重を緩和できる。したがって、車両前方衝突時におけるＰＣＵ１の耐荷重が向上する。

衝突荷重Ｆに対する締結部１５Ｅに装着されたボルト９に作用するせん断荷重の変化を比較例とともに図５に示す。なお、図５の比較例は、突出部２０及び噛み合い部２１が省略されて締結部１５Ｅにボルト９のみが装着された例である。図５に示したように、本形態のＰＣＵ１は、突出部２０及び噛み合い部２１にて締結部１５Ｅに働くせん断荷重の一部が負担されるためボルト９に作用するせん断荷重が比較例よりも低下傾向となる。したがって、ボルト９のせん断耐荷重Ｔｓに達するＰＣＵ１の耐荷重Ｌｓは、比較例の耐荷重Ｌｓ′よりも向上する。

（変形例）
次に、図６を参照しながら変形例を説明する。この変形例は、締結部１５Ｅに関するものであり、コンバータケース３の接合面５と締結面１６とがハッチングで示した溝部３０にて分断されている。溝部３０は接合面５及び締結面１６よりも後退するように形成されている。上述したように、コンバータケース３の接合面５は、ＦＩＰＧが塗布された状態でインバータケース４の接合面６（図４参照）と突き合わされる。この変形例の場合、コンバータケース３の接合面５と締結面１６とが溝部３０にて分断されるため、接合面５と接合面６とを突き合わせた際に接合面５に塗布されたＦＩＰＧが外方にはみ出しても締結面１６までＦＩＰＧが浸入することを回避できる。これにより、コンバータケース３側の締結面１６とインバータケース４側の締結面１７とが直接接触して電気的導通が補償される。したがって、この変形例に係る締結部１５Ｅがメタルタッチ部としても機能する。

上記形態及び上記変形例は、コンバータケース３及びインバータケース４が７箇所の締結部１５Ａ〜Ｇで締結されているが一例にすぎない。例えば、車両前方の締結部１５Ｇを省略して６箇所の締結部１５Ａ〜１５Ｆで締結する形態に変更できる。また、締結部１５Ａ〜１５Ｆを含み、さらに２以上の締結部を追加した形態に変更することもできる。さらに、各角部に２つずつ締結部を配置する形態に変更することもできる。

上記形態では、接合面５、６と締結面１６、１７とが同一高さであって、かつそれぞれ平坦であるが一例である。例えば、接合面５、６と締結面１６、１７との間に高低差が設けられた形態に変更することもできる。

上記形態では、締結部１５Ｅにおいて、コンバータケース３側に突出部２０が、インバータケース４側に噛み合い部２１がそれぞれ設けられているが一例である。例えば、これらを入れ替えて、インバータケース４側に突出部２０が、コンバータケース３側に噛み合い部２１がそれぞれ設けられた形態に変更できる。

上記形態では、一対の側面部２ａのうち、右側の締結部１５Ｅに突出部２０及び噛み合い部２１が設けられているが一例である。ＰＣＵ１の場合、エンジンコンパートメント内への配置及びＰＣＵ１の周囲に配置された周辺装置（不図示）との関係で、車両右側に偏って衝突荷重Ｆが入力される傾向があり、かつ、筐体２の肉厚や剛性等を含めた構造との関係で右側の締結部１５Ｅに荷重が集中し、その荷重が他の締結部１５Ａ等に作用する荷重と比べて最大であった。そこで、上記形態では、右側の締結部１５Ｅに突出部２０及び噛み合い部２１が設けられている。

例えば、ＰＣＵの配置、前方衝突時の衝突荷重の入力位置、筐体の構造を考慮した結果、車両前方衝突時に締結部に働く荷重が最大となる箇所が上記形態とは異なる箇所であれば、当該箇所に突出部及び噛み合い部を設けることができる。また、例えば、締結部が３箇所以上ある場合において、荷重が２番目に大きい締結部及び３番目に大きい締結部のそれぞれに突出部及び噛み合い部を設け、荷重が最大となる締結部にはこれらを設けない形態とすることもできる。この場合は、荷重が２番目に大きい締結部と３番目に大きい締結部とによって衝突荷重が分散されるため、最大荷重が作用する締結部の荷重が相対的に低下してＰＣＵの耐荷重が向上する。

上記形態又は上記変形例では、突出部２０はコンバータケース３又はインバータケース４に一体的に形成されているが一例である。例えば、ピン等の部材をコンバータケース３又はインバータケース４の所定位置に打ち込んで、その部材を突出部として機能させることもできる。

上記形態及び上記変形例と上記態様との対応関係をまとめて示すと次の通りとなる。すなわち、上記形態及び上記変形例において、コンバータケース３が第１筐体部の一例に相当し、インバータケース４が第２筐体部の一例に相当する。

上述した実施の形態及び変形例のそれぞれから導き出される本発明の態様を以下に記載する。

本発明の一態様に係るパワーコントロールユニットは、車両前後方向に延びる一対の側面部（２ａ）と前記一対の側面部の各端部に位置する４つの角部（２ｂ）とを有し、電力変換装置を収容する筐体（２）を備え、車両のエンジンコンパートメント内に配置されるパワーコントロールユニット（１）において、前記筐体は、接合面（５、６）同士を突き合わせた状態で車両上下方向に重ねられ、前記４つの角部及び前記一対の側面部に配置された複数の締結部（１５Ａ〜１５Ｆ）でボルト（９）にて締結された第１筐体部（３）及び第２筐体部（４）を有しており、前記複数の締結部の少なくとも一つには、前記接合面よりも車両上下方向に突出する突出部（２０）と、前記接合面同士を突き合わせた状態で前記突出部と噛み合って車両前後方向に関する前記接合面同士の相対移動を阻止する噛み合い部（２１）とが設けられているものである。なお、上記形態に係る参照符号を括弧書きにて付記したが、上記各形態に限定する趣旨ではない。

この態様のパワーコントロールユニットによれば、車両前方衝突時において、車両前方からの衝突荷重が第１筐体部又は第２筐体部のいずれかに入力された場合、複数の締結部のボルトにはせん断荷重が作用する。複数の締結部の少なくとも一つには突出部とその突出部に噛み合う噛み合い部とが設けられているため、締結部に入力された荷重はボルトと突出部とに分散される。このため、突出部及び噛み合い部がなく締結部にボルトのみが装着された形態と比較して、ボルトに対するせん断荷重を緩和できる。したがって、車両前方衝突時におけるパワーコントロールユニットの耐荷重が向上する。

１ＰＣＵ
２筐体
３コンバータケース（第１筐体部）
４インバータケース（第２筐体部）
５、６接合面
９ボルト
１５Ａ〜１５Ｆ締結部
２０突出部
２１噛み合い部

Claims

車両前後方向に延びる一対の側面部と前記一対の側面部の各端部に位置する４つの角部とを有し、電力変換装置を収容する筐体を備え、車両のエンジンコンパートメント内に配置されるパワーコントロールユニットにおいて、
前記筐体は、接合面同士を突き合わせた状態で車両上下方向に重ねられ、前記４つの角部及び前記一対の側面部に配置された複数の締結部でボルトにて締結された第１筐体部及び第２筐体部を有しており、
前記複数の締結部の少なくとも一つには、前記接合面よりも車両上下方向に突出する突出部と、前記接合面同士を突き合わせた状態で前記突出部と噛み合って車両前後方向に関する前記接合面同士の相対移動を阻止する噛み合い部と、前記ボルトの締結によって互いに接触する締結面とが設けられ、前記突出部は前記締結面上にて前記車両上下方向に突出するように設けられ、前記接合面と前記締結面とは溝部によって分断されている、パワーコントロールユニット。