JP5602646B2 - 電力制御装置の搭載構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両のモータルームに電力制御装置を搭載するための電力制御装置の搭載構造に関する。

従来から、走行用電動モータを制御するための電力制御装置が走行用電動モータと共にモータルーム（エンジンコンパートメントとも呼ばれる）内に搭載された電気自動車及びエンジンを有するハイブリッド自動車が知られている。電力制御装置は、大電力の電気エネルギーで車両を駆動するため、パワーモジュール、リアクトル、コンデンサ等を内蔵することから、補機用バッテリに比べて重量・体格とも大型である。このような電力制御装置をモータルームに搭載するためには、補機用バッテリの搭載メンバに比べて強度の高い搭載メンバが用いられ、モータルームのフレームやボディの一部を構成するサイドメンバ上であって、モータケースよりも高い位置に固定することが一般的である。

従来の搭載方法では車両が地上の固定物や他車両と衝突した場合、電力制御装置の前端部に障害物が干渉して電力制御装置に衝突入力が作用すると、サイドメンバやラジエータサポートなどのボディ部品に固定されていた搭載メンバの固定点に回転モーメントやせん断応力などの外力が加わることで搭載メンバは後方に回転する。これにより、電力制御装置が後方に後退し、障害物と電力制御装置との干渉を低減することで電力制御装置の損傷低減が図れている。

しかしながら、電力制御装置の後方側に他の車両搭載機器が配置されている場合には、電力制御装置と当該車両搭載機器とが干渉する場合がある。そこで、特許文献１には、車両の衝突時においても電力制御装置が他の車両搭載機器との衝突を避けるために、電力制御装置を載置台に搭載すると共に、載置台を案内部材の上に取り付けることで衝突時の他の車両搭載機器との干渉を低減する技術が開示されている。一方、上述したように電力制御装置が補機バッテリに比べて大型であるため、特許文献１の搭載構造では、必要な強度を得るためにブラケットを介して車両前方部のボディへ固定する必要があり、取り付け場所が制限されていた。そこで、特許文献２には、案内部材を使用しない電力制御装置と電動圧縮機の配置構造が開示されている。

図６は、特許文献２に記載された従来のハイブリッド自動車１１０における電動圧縮機１２５と電力制御装置（パワーコントロールユニット：ＰＣＵ）１１７の配置構造を示している。モータルーム１１２には、走行駆動源としてのエンジン１１４と、発電機としてのモータジェネレータ１１５と、別の走行駆動源としての走行用電動モータ１１６と、走行用電動モータ１１６上に配置されたＰＣＵ１１７と、ＰＣＵケース１１８に取付座１２２を介して固定された電動圧縮機１２５と、空調機を構成するコンデンサ１２６、レシーバ１２７，膨張弁及びエバポレータを備えたクーリングユニット１２８と、これらを接続する配管（図示せず）と、が配置されている。ここで、ＰＣＵ１１７は、半導体や基板等の電子部品から構成されるＰＣＵ本体と、バッテリの電圧を昇圧させるバッテリ電圧昇圧回路１２０と、昇圧した直流高電圧電力の供給を受けて走行用電動モータを駆動するインバータ１１９と、電圧平滑用のコンデンサ２１と、を有している。このような構成にすることで、案内部材を使用しない配置構造が実現されている。

さらに、特許文献２の搭載構造では、電動圧縮機の電力と比較して大電力を扱う電力制御装置の強度を電動圧縮機の強度より大きくすることにより走行用電動モータ上部に電力制御装置を取り付け、走行用電動モータ上部の後方寄りに電動圧縮機を配置することを可能とし、電力制御装置の取り付け場所の制限を緩和している。

特開２００９−９０８１８号公報 特開２０１０−１５８９９１号公報

上述した特許文献１，２において、車両に対して入力される衝突エネルギーが大きい場合には、モータルームのサイドメンバに大きな変形が生じ、特に特許文献２のような構造では、電力制御装置と電動圧縮機が干渉するだけでなく、電動圧縮機がモータルームと車室を遮る隔壁と干渉して車室の変形が発生することになる。このような大きな衝突エネルギーに対処するためには、サイドメンバの強度を増やすだけではなく、走行用電動モータケース、フロアアンダーメンバ、トーボード及びフロントピラー等の強度も有効に利用して効率良くエネルギーを受け止めることが望まれる。

そこで、本発明に係る電力制御装置の搭載構造は、走行用電動モータケース上に電力制御装置を固定する構造において、サイドメンバの強度と走行用電動モータケースとの強度を利用することで、車両の衝突時等においても、電力制御装置が他の搭載機器と干渉することを抑制し、電力制御装置等が損傷すること抑制可能な電力制御装置の搭載構造を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係る電力制御装置の搭載構造は、バッテリから電力の供給を受け走行用電動モータを制御する電力制御装置を、走行用電動モータを収容するモータケースが配置される車両のモータルームに搭載するための電力制御装置の搭載構造において、
前記電力制御装置の車両前後方向の幅は、前記モータケースの車両前後方向の幅よりも狭く、前記電力制御装置は前記モータケースの上部、かつ、前記モータケースの前方端から予め決められた距離だけ車両後方寄りに配置され、
前記モータルームと車室とを仕切る隔壁から前記電力制御装置の後方端までの距離は、前記隔壁から前記モータケース後方端までの距離よりも長く、
車両前方からの衝突荷重を受けることにより前記モータルーム前方の構造体が変形すると共に前記モータケースが前記隔壁に接触するまで車両後方に移動した場合の前記隔壁から前記電力制御装置の後方端までの距離は、前記電力制御装置後部と前記隔壁上部との接触を防止する距離であり、
車両前方からの衝突の際に前記モータケースが車両後方へ移動して、その後部が車両中央に配置されたダッシュクロスメンバを潰した場合の前記モータケース後方端から前記隔壁までの距離は、前記電力制御装置からバッテリへ伸びるケーブルの太さに相当するスペースを確保する距離であることを特徴とする。

また、本発明に係る電力制御装置の搭載構造において、本発明に係る電力制御装置の搭載構造において、モータケースは車両前方に傾斜した上面を有し、その傾斜した上面に電力制御装置を搭載可能であることを特徴とする。

また、本発明に係る電力制御装置の搭載構造において、電力制御装置における車両前後方向の幅を見かけ上短くするため、電力制御装置を傾けてモータケース上に搭載したことを特徴とする。このように電力制御装置を傾けて搭載することにより、見かけ上短くするだけでなく、異なった方向へ衝突荷重の分散が可能となり、電力制御装置への影響を抑制することが可能となる。

本発明に係る電力制御装置の搭載構造を用いることにより、衝突における障害物との干渉を走行用電動モータケースにより食い止め、電力制御装置の破損と感電に対する安全確保を実現できるという効果がある。

本発明の実施形態に係る電力制御装置の配置構造を説明する説明図である。 図１の電力制御装置を搭載した車両構造を説明する説明図である。 図２に示した車両の上面図である。 本発明の実施形態に係る電力制御装置と隔壁との干渉を抑制する構造を説明する説明図である。 図１における車両と障害物との衝突による変形を説明する説明図である。 従来の電力制御装置の配置を説明する説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１はモータケース上に載置されている電力制御装置を内蔵するパワーコントロールユニットケース１３の配置構造を示し、図２は、電力制御装置を搭載した車両の前方半分の構造を示している。図１のモータケース１８は、トランスアクスルとも呼ばれ、モータケース１８は、発電用モータ１４であるモータジェネレータ（ＭＧ１）と、走行用電動モータであるモータジェネレータ（ＭＧ２）と、デファレンシャルギア１６と、その他の補機であるオイルポンプ２５等を有している。また、電力制御装置は、パワーモジュール、リアクトル、コンデンサ等を含み、バッテリから伸びるパワーケーブルが接続されたＰＣＵケース１３の内部に電力制御装置が格納されている。

最初に、図２を用いて車両前方のモータルーム１０について概説する。モータルーム１０は、車室２０とモータルーム１０とを隔てる隔壁であるダッシュパネル２２と、車両の骨格となるサイドメンバ１１と、サイドメンバ１１に固定されたモータケース１８と、フェンダエプロン３２を形成するサイドメンバ１１の上部に配置されたエプロンアッパーメンバ１２と、サイドメンバ１１とエプロンアッパーメンバ１２とに接続され、車輪３１を支えるスプリングが取り付けられるスプリングサポート２７と、を有している。また、ダッシュパネル２２はカウル２１、トーボード２３及びダッシュクロスメンバ２６を有し、フロントピラー２４はエプロンアッパーメンバ１２とダッシュパネル２２とに接続されている。

モータルーム１０は、エンジンに接続されたモータケース１８と、モータケース１８の上に配置されたＰＣＵケース１３とを有している。なお、これらの構成は、車両の構成部品の一部であり、その他に電動圧縮機、電動パワーステアリング装置、電動ブレーキ装置等のさまざまな機器が取り付けられている。

次に、図１を用いてモータルーム１０に配置されたモータケース１８及びＰＣケース１３について詳説する。なお、重複する車両の構造に関する説明は割愛する。

モータケース１８は発電用モータ１４（ＭＧ１）と走行用電動モータ１５（ＭＧ２）とを有し、モータケース１８の上面の車両後方側にＰＣＵケース１３が配置されている。本実施形態の一つにおけるモータケース１８は、ＭＧ１とＭＧ２との内径差を利用して前傾した傾斜面とを有し、この傾斜面にＰＣＵケース１３が配置されている。ＰＣＵケース１３はモータケース１８の傾斜により車両前後方向における見かけ上の長さを低減することが可能である。ＰＣＵケース１３の先端部はモータケース１８の先端部から車両後方にずらして配置され、モータケース１８の先端からＰＣＵケース１３の先端までの距離Ｌａが設定されている。また、ＰＣＵケース１３の後端からダッシュパネル２２までの距離Ｌｂが設定されていることで、衝突によるモータケース１８の移動を許容することが可能である。さらに、ＰＣＵケース１３の後端（パワーケーブルコネクタ端）はＰＣＵケース１３の後端から車両前方に奥まった場所に位置し、ＰＣＵケース１３の後端から距離Ｌｅが設定されている。

本発明において特徴的な事項は、例えば、衝突の程度を軽衝突と重衝突に分けた場合において、重衝突でもＰＣＵケース１３への損傷を抑制するため、距離Ｌａを設定することでモータケース１８を積極的に利用するものである。ここで、軽衝突とは、衝突バリア等によって車両前部が凹む程度でエンジンやモータケースが車両後方に移動しない衝突状態を意味し、重衝突とは、衝突バリア等によって車両前部が損傷を受けると共にエンジンやモータケース１８が車両後方に移動する衝突状態を意味する。軽衝突では、サイドメンバ１１とエプロンアッパーメンバ１２とが変形してモータケース１８の先端より距離Ｌｃだけ突出しているオイルポンプ２５が破損することにより衝突荷重を吸収することで、ＰＣＵケース１３及びＰＣＵケース１３後部の機器に影響が及ばないようにしている。

重衝突では、軽衝突と同じようにサイドメンバ１１とエプロンアッパーメンバ１２とが変形してオイルポンプ２５が破損し、さらに、モータケース１８が衝突荷重を受け、モータケース１８が車両後方へ移動する場合において、モータケース１８後端からダッシュパネル２２までの距離Ｌｂまで移動してもＰＣＵケース１３は距離Ｌａによって影響が抑制され、同様に車室内に与える影響も抑制することがでる。さらに、モータケース１８後端がダッシュパネル２２まで移動する間にダッシュクロスメンバ２６の幅である距離Ｌｄにより、衝突荷重が吸収されることになる。また、ＰＣＵケース１３の後端からダッシュパネル２２までの距離Ｌｂが設定されていることで、衝突によるモータケース１８の移動を許容することが可能である。さらに、ＰＣＵケース１３に接続されているコネクタからモータケース１８後端までの距離Ｌｅが設定されることで、ＰＣＵケース１３及びパワーケーブル１７に与える影響は抑制されることになる。このようなことから、距離Ｌａ〜Ｌｅは軽衝突及び重衝突共にＰＣＵケースに影響を及ぼさない距離が各種試験及びシミュレーションにて設定されている。

図３は図２に示した車両の上面図を示し、図４は電力制御装置を内蔵するＰＣＵケース１３と隔壁（ダッシュパネル２２）との干渉を抑制する構造を示している。最初に図３を用いて軽衝突における変形について述べる。軽衝突ではモータルーム１０におけるサイドメンバ１１とエプロンアッパーメンバ１２の一部が衝突バリア等により変形してエンジン１９の前面側に設けられたオイルポンプ２５が破損する程度であるため、ＰＣＵケース１３は損傷を受けることが無い。次に、重衝突の場合は、サイドメンバ１１とエプロンアッパーメンバ１２とオイルポンプ２５はもとより、スプリングサポート２７が潰れてエンジン１９及びモータケース１８が車両後方に移動することになり、エンジン１９やモータケース１８等が車両のカウル２１，ダッシュクロスメンバ２６、ダッシュパネル２２及びトーボード２３に干渉することになる。

図４のダッシュクロスメンバ２６は幅Ｌｄを有し、エンジン１９が距離Ｌｂだけ移動して車室２０に干渉する際に潰れることによりカウル２１、ダッシュパネル２２及びトーボード２３への影響を抑制する。さらに、ダッシュクロスメンバ２６は車両中央部に配置されていることからダッシュクロスメンバ２６が潰れた場合でもパワーケーブル１７を収容する空間を確保する。このような構成にすることでＰＣＵケース１３から伸びるパワーケーブル１７への影響を抑制することができる。

図５は図１における車両と障害物（衝突バリア３０）との衝突による変形を示している。図５の衝突バリア３０がモータルーム１０に侵入すると、サイドメンバ１１とエプロンアッパーメンバ１２とオイルポンプ２５とモータケース１３の先端部とが潰れることで距離Ｌａ’となり、衝突荷重がモータケース１８に加わることでモータケース１８が車両後方へ移動する。モータケース１８の移動に伴い、スプリングサポートとダッシュクロスメンバ２６が潰れることでモータケース１８後端とダッシュパネル２２までの距離がＬｂ’となるものの、パワーケーブル１７への影響は抑制される。また、ＰＣＵケースに接続されているパワーケーブルのコネクタ部分も十分な距離Ｌｅが確保されている。

以上、上述したように、本実施形態に係るＰＣＵケース１３の搭載構造を用いることにより、重衝突においても、サイドメンバの強度を増やすだけではなく、モータケース、フロアアンダーメンバ、トーボード及びフロントピラー等の強度も有効に利用して効率良くエネルギーを受け止めることが可能となる。このようなことから、衝突における衝突バリア３０との干渉をモータケース１８により食い止め、ＰＣＵの破損と感電に対する安全確保が可能となる。

なお、本実施形態では、ＰＣＵケースを車両前方へ傾斜させて搭載したが、これは実施形態の１つであり、水平置きや車両後方へ傾斜させて搭載する等の配置でも良い。また、説明の都合のために電動圧縮機等の補機類を省略したが、ＰＣＵケース先端及び後端からの距離Ｌａ〜Ｌｅは補機類を含めた値に設定することにより対応することが可能であることはいうまでもない。

１０ モータルーム、１１ サイドメンバ、１２ エプロンアッパーメンバ、１３ ＰＣＵケース、１４ 発電用モータ、１５ 走行用電動モータ、１６ デファレンシャルギア、１７ パワーケーブル、１８ モータケース、１９ エンジン、２０ 車室、２１ コンデンサ、２１ カウル、２２ ダッシュパネル、２３ トーボード、２４ フロントピラー、２５ オイルポンプ、２６ ダッシュクロスメンバ、２７ スプリングサポート、３０ 衝突バリア、３１ 車輪、３２ フェンダエプロン、１１０ ハイブリッド自動車、１１２ モータルーム、１１４ エンジン、１１５ モータジェネレータ、１１６ 走行用電動モータ、１１７ パワーコントロールユニット、１１８ ＰＣＵケース、１１９ インバータ、１２０ バッテリ電圧昇圧回路、１２２ 取付座、１２５ 電動圧縮機、１２６ コンデンサ、１２７ レシーバ、１２８ クーリングユニット。

Claims (3)

1. バッテリから電力の供給を受け走行用電動モータを制御する電力制御装置を、走行用電動モータを収容するモータケースが配置される車両のモータルームに搭載するための電力制御装置の搭載構造において、
   前記電力制御装置の車両前後方向の幅は、前記モータケースの車両前後方向の幅よりも狭く、前記電力制御装置は前記モータケースの上部、かつ、前記モータケースの前方端から予め決められた距離だけ車両後方寄りに配置され、
   前記モータルームと車室とを仕切る隔壁から前記電力制御装置の後方端までの距離は、前記隔壁から前記モータケース後方端までの距離よりも長く、
   車両前方からの衝突荷重を受けることにより前記モータルーム前方の構造体が変形すると共に前記モータケースが前記隔壁に接触するまで車両後方に移動した場合の前記隔壁から前記電力制御装置の後方端までの距離は、前記電力制御装置後部と前記隔壁上部との接触を防止する距離であり、
   車両前方からの衝突の際に前記モータケースが車両後方へ移動して、その後部が車両中央に配置されたダッシュクロスメンバを潰した場合の前記モータケース後方端から前記隔壁までの距離は、前記電力制御装置からバッテリへ伸びるケーブルの太さに相当するスペースを確保する距離であることを特徴とする電力制御装置の搭載構造。
2. 請求項１に記載の電力制御装置の搭載構造において、
   モータケースは車両前方に傾斜した上面を有し、その傾斜した上面に電力制御装置を搭載可能であることを特徴とする電力制御装置の搭載構造。
3. 請求項１に記載の電力制御装置の搭載構造において、
   電力制御装置における車両前後方向の幅を見かけ上短くするため、電力制御装置を傾けてモータケース上に搭載したことを特徴とする電力制御装置の搭載方法。

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