JP7024589B2 - 電気機器の車載構造 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、電気機器の車載構造に関する。

近年、様々な電気機器が車載されるようになってきている。例えば、電気自動車は、直流電源の出力電力をモータの駆動電力に変換する電力変換器を搭載している。特許文献１に開示された電気自動車では、走行用モータの駆動電力を制御する電力制御ユニットがモータケースの上に固定されている。高電圧が印加されている電気機器のケースが衝突の衝撃で破損すると、高電圧が印加されている部品が露出してしまうおそれがある。特許文献１の電気自動車は、フロントブラケットとリアブラケットを介して電力制御ユニットがモータケースの上に支持されている。車両が前方衝突した際、ブラケットが変形することで電力制御ユニットが移動し、電力制御ユニットに加わる衝突荷重が低減される。

特許文献１には、リアブラケットを介してモータケースに伝わる荷重でモータケースが破損してしまうことを防止する技術が開示されている。リアブラケットは、車両前方側に配置される第１ボルトと、車両後方側に配置される第２ボルトにより、モータケースに取り付けられている。リアブラケットには、第１ボルトが挿入される第１挿入孔と、第２ボルトが挿入される第２挿入孔とが形成されている。第２ボルトと第２挿入孔との間のギャップ（クリアランス）が、第１ボルトと第１挿入孔との間のギャップに比べて大きい。なお、モータケースの第１ボルトが取り付けられる部分は第２ボルトが取り付けられる部分よりも強度が高い。特許文献１の構造によると、第２ボルトと第２挿入孔との間のギャップは、第１ボルトと第１挿入孔との間のギャップに比べて大きいので、衝突荷重が前方からリアブラケットに加わると、隙間の大きい第２挿入孔に比べて隙間の狭い第１挿入孔に大きな荷重が加わる。強度が大きい第１挿入孔周辺に大きな荷重が加わり、強度が低い第２挿入孔周辺には相対的に小さい荷重が加わる。モータケースの部位の強度に応じて衝突荷重が分散するのでモータケースが破損し難くなる。

特開２０１８－０２４３３０号公報

特許文献１の技術は、車両前方から衝突荷重が加わるときにモータケースの破損を防ぐ技術である。本明細書は、フロントコンパートメントに搭載されている電気機器に斜め前方から衝突荷重が加わったときに電気機器のケースの破損を防ぐ技術を提供する。

本明細書が開示する技術では、電気機器は、車両のフロントコンパートメントに搭載されている。電気機器は、上下に分割されている第１ケースと第２ケースを備えている。第１ケースは、第１貫通孔と第２貫通孔を備えている。第２ケースは、第１貫通孔に挿通された第１締結部材が固定される第１固定孔と、第２貫通孔に挿通された第２締結部材が固定される第２固定孔を備えている。第１貫通孔は、第１ケースの車幅方向の車両中心から遠い側かつ第１ケースの前半部分に設けられており、第２貫通孔は、第１ケースの車幅方向の車両中心に近い側かつ第１ケースの後半部分に設けられている。そして、第１締結部材と第１貫通孔との間の第１ギャップが第２締結部材と第２貫通孔との間の第２ギャップよりも大きい。

上記の車載構造では、第１貫通孔と第１締結部材が、第２貫通孔と第２締結部材よりも車両の斜め前方の角部に近い。車両の斜め前方から障害物が衝突した場合、第１締結部材が固定されている第１固定孔の周辺に加わる衝突荷重は、第２締結部材が固定されている第２固定孔の周辺に加わる衝突荷重よりも大きくなりがちである。なぜならば、第１固定孔と第２固定孔の間でケースが変形し、衝突荷重の一部が吸収され、第２固定孔に伝わる衝突荷重が減るからである。第１ギャップを第２ギャップよりも相対的に大きくすることで、第１固定孔の周辺では、第２固定孔の周辺と比較して、第１ケースが第２ケースに対して大きくずれることができる。その結果、第１固定孔の周辺に加わる荷重が小さくなり、第１固定孔の周辺に加わる荷重と第２固定孔の周辺に加わる荷重の差が小さくなる。衝突荷重の偏り緩和されるので、ケースが破損し難くなる。

典型的には、第１貫通孔と第１固定孔は、電気機器の前部の車両中心から遠い側の角部に設けられており、第２貫通孔と第２固定孔は、電気機器の後部の車両中心に近い側の角部に設けられている。

本明細書が開示する車載構造では、第１ケースと第２ケースは、上記した第１、第２締結部材のほかに、第３締結部材で連結されていてもよい。具体的には、第１ケースの第１貫通孔と第２貫通孔の間に第３貫通孔が設けられており、第２ケースには、第３貫通孔に挿通された第３締結部材が固定される第３固定孔が設けられている。そして、第３締結部材と第３貫通孔との間の第３ギャップは、第１ギャップよりも小さく、第２ギャップよりも大きい。第３固定孔は、第１固定孔と第２固定孔の間に位置するので、第３ギャップの大きさが第１ギャップと第２ギャップの間にあれば、荷重の偏りが助長されることはない。また、第１ケースと第２ケースをより多くの締結部材で連結することで、荷重の分散が図れる。

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。

実施例の車載構造が採用されている電気自動車の平面図である。 実施例の車載構造が採用されている電気自動車の正面図である。 電力変換器の周辺の拡大平面図である。 図３のIV－IV線に沿った断面図である。 図３のV－V線に沿った断面図である。 図３のVI－VI線に沿った断面図である。

図面を参照して実施例の車載構造２を説明する。実施例の車載構造２は、電気自動車１００にて、電力変換器１０に適用されている。図１に、電気自動車１００の平面図を示し、図２に、電気自動車１００の正面図を示す。図１、図２では、電気自動車１００の輪郭を仮想線で描いてある。電気自動車１００は、フロントコンパートメント１０１に、モータ５、電力変換器１０、充電器６を搭載している。

図中の座標系のＦ軸は車両前後方向を示しており、Ｈ軸は車両横方向を示しており、Ｖ軸は車両上下方向を示している。＋Ｆ方向が車両前方を示しており、＋Ｖ方向が車両上方を示している。

電気自動車１００は、モータ５で走行することができる。モータ５は、フロントコンパートメント１０１にて、２本のサイドメンバ３の間に、懸架されている。サイドメンバ３は、車両の強度を確保するためのフレームであり、車両前後方向に延びている。サイドメンバ３の先端は、ラジエータフレーム９に連結されている。モータ５は、防振ブッシュ付のブラケット４によって、２本のサイドメンバ３の間に懸架されている。

電力変換器１０は、不図示の電源の直流電力を、モータ５の駆動電力に変換するデバイスである。電源の出力電圧は１００ボルト以上である。電力変換器１０のケース１１の内部には、１００ボルト以上の電圧が加わる部品が多数配置されている。それゆえ、衝突時にケース１１が破損し難い車載構造が望まれている。

２本のサイドメンバ３の間に、ベース板７が掛け渡されており、電力変換器１０は、ベース板７の上に固定されている。ベース板７の上には、充電器６も固定されている。電力変換器１０と充電器６は、車両の横方向で並んで配置されている。図中の直線ＣＬは、車両横方向の中心線を示している。図１、図２に示されているように、電力変換器１０は、車両の中心線ＣＬよりも車両右側に偏って配置されている。

図３に、電力変換器１０の周辺の拡大平面図を示す。電力変換器１０のケース１１は、上下に分割されている（図２参照）。上側のケースを上ケース１１ａと称し、下側のケースを下ケース１１ｂと称する。上ケース１１ａと下ケース１１ｂは、互いに対向する開口の周囲が複数のボルトで締結されている。上ケース１１ａの開口の周囲にはフランジ１９ａが設けられており、下ケース１１ｂの開口の周囲にはフランジ１９ｂが設けられている。フランジ１９ａとフランジ１９ｂの接触面は、水平面に一致する。フランジ１９ａとフランジ１９ｂが複数のボルト１２ａ－１２ｈで相互に固定される。より詳しくは、上ケース１１ａのフランジ１９ａには、ボルト１２ａ－１２ｈが貫通する貫通孔が設けられており、下ケース１１ｂのフランジ１９ｂには、上ケース１１ａの貫通孔に対向する位置にボルト固定孔が設けられている。上ケース１１ａの貫通孔を通過したボルト１２ａ－１２ｈは、下ケース１１ｂのボルト固定孔に固定される。以下では、ボルト１２ａ－１２ｈのいずれか１個を区別なく示すときにはボルト１２と表記する。

電力変換器１０が大きなダメージを受けるおそれが高いのは、電力変換器１０が位置する側の斜め前方から障害物が衝突した場合である。図３に、車両の右前方から侵入する障害物１０２を模式的に示してある。白抜きの矢印が、電力変換器１０が障害物１０２から受ける衝突荷重の方向を示している。図３から明らかな通り、電力変換器１０は、前側で中心線ＣＬから遠い側の角部１３ａに最も大きな衝突荷重が加わる。一方、後側で中心線ＣＬに近い側の角部１３ｂに加わる衝突荷重が最も小さい。実施例の車載構造２は、ケース１１の周囲の締結部に加わる荷重の偏りを小さくすることができる。その結果、斜め前方からの衝突の際にケース１１が破損し難い。

図４に、図３のIV－IV線に沿った断面を示す。図４は、障害物１０２に最も近い位置のボルト１２ａを横断する断面を示している。図５に、図３のV－V線に沿った断面を示す。図６に、図３のVI－VI線に沿った断面を示す。図６は、障害物１０２から最も遠い位置のボルト１２ｆを横断する断面を示している。図５は、ボルト１２ａとボルト１２ｆのほぼ中間に位置するボルト１２ｂを横断する断面を示している。ボルト１２ａ（貫通孔１４ａ、ボルト固定孔１５ａ）は、ケース１１の前部で車両の中心線ＣＬから遠い側の角部１３ａに位置する。ボルト１２ｆ（貫通孔１４ｆ、ボルト固定孔１５ｆ）は、ケース１１の後部で車両中心線ＣＬに近い側の角部１３ｂに位置する（図３参照）。

図４から図６を参照して実施例の車載構造２の特徴を説明する。先に述べたように、上ケース１１ａのフランジ１９ａには、ボルト１２ａ（１２ｂ、１２ｆ）が貫通する貫通孔１４ａ（１４ｂ、１４ｆ）が設けられている。下ケース１１ｂのフランジ１９ｂには、貫通孔１４ａ、１４ｂ、１４ｆの夫々に対向する位置に、ボルト固定孔１５ａ、１５ｂ、１５ｆが設けられている。ボルト１２ａ（１２ｂ、１２ｆ）は、貫通孔１４ａ（１４ｂ、１４ｆ）を通過し、ボルト固定孔１５ａ（１５ｂ、１５ｆ）に締結される。実施例の車載構造２では、車両横方向の中心線ＣＬから最も遠く、かつ、電力変換器１０の前部に位置している貫通孔１４ａとボルト１２ａの間のギャップｄ１（図４参照）が、中心線ＣＬに最も近く、かつ、電力変換器１０の後部に位置している貫通孔１４ｆとボルト１２ｆの間のギャップｄ２よりも大きい。また、貫通孔１４ａと貫通孔１４ｆの間に位置する貫通孔１４ｂとボルト１２ｂの間のギャップｄ３（図５参照）は、ギャップｄ１よりは小さく、ギャップｄ２よりも大きい。なお、「ギャップ」は、「クリアランス」と言い換えてもよい。

ギャップｄ１、ｄ２、ｄ３の関係は、次の効果をもたらす。図３に示されているように、ボルト１２ａ（貫通孔１４ａ、ボルト固定孔１５ａ）は、ボルト１２ｆ（貫通孔１４ｆ、ボルト固定孔１５ｆ）よりも車両の斜め前方の角に近い。車両の斜め前方から障害物１０２が衝突した場合、ボルト固定孔１５ａの周辺に加わる衝突荷重は、ボルト固定孔１５ｆの周囲に加わる衝突荷重よりも大きい。なぜならば、ボルト固定孔１５ａとボルト固定孔１５ｆの間でケース１１が変形し、伝播する衝突荷重の一部が吸収されるからである。斜め前方のギャップｄ１を後方のギャップｄ２よりも大きくすることで、ボルト１２ｆに比べて、ボルト１２ａでは、上ケース１１ａが下ケース１１ｂに対して大きくずれることができる。その結果、車両斜め前方の角１３ａに位置するボルト固定孔１５ａの周辺に加わる荷重が小さくなる。その結果、ボルト固定孔１５ａの周辺に加わる荷重とボルト固定孔１５ｆの周辺に加わる荷重の差が小さくなる。衝突荷重の偏りが緩和され、ケース１１が破損し難くなる。

ボルト１２ａとボルト１２ｆの中間に位置するボルト１２ｂにおけるギャップｄ３は、ギャップｄ１よりは小さく、ギャップｄ２よりは大きい。ボルト１２ｂ（貫通孔１４ｂ、ボルト固定孔１５ｂ）は、ボルト１２ａとボルト１２ｆの中間にあり、ギャップｄ３もｄ１とｄ２の中間の大きさであるので、衝突荷重の偏りを助長することはない。上ケース１１ａと下ケース１１ｂを多くのボルトで連結することで、荷重が分散され、ケース１１が破損し難くなる。

実施例の車載構造２ではボルト１２と貫通孔１４の間のギャップを３段階に分けている。図３の一点鎖線Ｌ１とＬ２を境界としたエリア（Ａ）／エリア（Ｂ）／エリア（Ｃ）で、ギャップ（貫通孔１４とボルト１２の間のギャップ）の大きさが異なっている。車両の斜め前方の角に最も近いエリア（Ａ）では、ギャップが最も大きい。車両斜め前方の角から最も遠いエリア（Ｂ）では、ギャップが最も小さい。エリア（Ａ）とエリア（Ｂ）の間のエリア（Ｃ）では、ギャップはエリア（Ａ）におけるギャップよりも小さく、エリア（Ｂ）におけるギャップよりも大きい。即ち、ボルト１２ｂ、１２ｃでは、ギャップの大きさが等しい。また、ボルト１２ｄ－２１ｈでも、ギャップの大きさは等しい。

このように、車両の斜め前方の角に近いエリアでは大きいギャップを確保し、車両斜め前方から遠いエリアでは小さいギャップを確保する。そうすることで、斜め前方から障害物が衝突したときに、複数のボルト固定孔の周辺に加わる衝突荷重の偏りを緩和することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。上ケースと下ケースを連結する際、位置合わせのためのピン（ノックピン）を用いる場合がある。ノックビンは、上ケースと下ケースを固定する締結部材ではない。即ち、ノックピンは、衝突荷重に耐える部品ではない。ノックピンとボルトが併用されている場合、複数のボルトに関して、上記したギャップの関係が成立していればよい。

電力変換器が車幅方向の中心に位置している場合、電力変換器の前部に位置しているボルトと貫通孔の間のギャップが後部に位置しているボルトと貫通孔の間のギャップよりも大きければよい。

実施例のボルト１２ａ、貫通孔１４ａ、ボルト固定孔１５ａが、それぞれ、第１締結部材、第１貫通孔、第１固定孔の一例に相当する。実施例のボルト１２ｆ、貫通孔１４ｆ、ボルト固定孔１５ｆが、それぞれ、第２締結部材、第２貫通孔、第２固定孔の一例に相当する。実施例のボルト１２ｂ、貫通孔１４ｂ、ボルト固定孔１５ｂが、それぞれ、第３締結部材、第３貫通孔、第３固定孔の一例に相当する。

上ケース１１ａが第１貫通孔に対応し、下ケース１１ｂに対応する。本明細書が開示する車載構造では、下ケースに貫通孔が設けられており、上ケースに固定孔が設けられていても良い。また、本明細書が開示する技術は、本明細書が開示する車載構造は、電力変換器以外の電気デバイスに適用されてもよい。

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：サイドメンバ
４：ブラケット
５：モータ
６：充電器
７：ベース板
９：ラジエータフレーム
１０：電力変換器
１１：ケース
１１ａ：上ケース
１１ｂ：下ケース
１２、１２ａ－１２ｈ：ボルト
１３ａ、１３ｂ：角部
１４ａ、１４ｂ、１４ｆ：貫通孔
１５ａ、１５ｂ、１５ｆ：ボルト固定孔
１９ａ、１９ｂ：フランジ
１００：電気自動車
１０１：フロントコンパートメント
１０２：障害物

Claims (2)

1. 電気機器のフロントコンパートメントへの車載構造であって、
   前記電気機器は、上下に分割されている第１ケースと第２ケースを備えており、
   前記第１ケースは、第１貫通孔と第２貫通孔と第３貫通孔を備えており、
   前記第２ケースは、前記第１貫通孔に挿通された第１締結部材が固定される第１固定孔と、前記第２貫通孔に挿通された第２締結部材が固定される第２固定孔と、前記第３貫通孔に挿通された第３締結部材が固定される第３固定孔を備えており、
   前記第１貫通孔は、前記第１ケースの車幅方向の車両中心から遠い側かつ前記第１ケースの前半部分に設けられており、前記第２貫通孔は、前記第１ケースの車幅方向の車両中心に近い側かつ前記第１ケースの後半部分に設けられており、前記第３貫通孔は前記第１貫通孔と前記第２貫通孔の間に設けられており、
   前記第１締結部材と前記第１貫通孔との間の第１ギャップが前記第２締結部材と前記第２貫通孔との間の第２ギャップよりも大きく、
   前記第３締結部材と前記第３貫通孔との間の第３ギャップは、前記第１ギャップよりも小さく、前記第２ギャップよりも大きい、
   車載構造。
2. 前記第１貫通孔と前記第１固定孔は、前記電気機器の前部の前記車両中心から遠い側の角部に設けられており、
   前記第２貫通孔と前記第２固定孔は、前記電気機器の後部の前記車両中心に近い側の角部に設けられている、請求項１に記載の車載構造。

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