JP5979175B2 - 電気機器の車両への固定構造 - Google Patents

Description

本発明は、電気機器の車両への固定構造に関する。特に、車両前部に設けられたエンジンコンパートメントにおける電気機器の固定構造に関する。なお、本明細書が開示する技術は、エンジンを備えない電動車両にも適用することができる。エンジンを備えない電動車両であっても、走行用のモータ（駆動源）を搭載する車両前部の空間を、自動車分野の慣習に倣って「エンジンコンパートメント」と称する。さらに、説明を簡略化するため、本明細書では、「車両前部のエンジンコンパートメント」を単に「コンパートメント」と称することがある。

近年、様々な電気機器が車両に搭載されるようになってきている。電気機器のケースは、エンジンやトランスミッションほどには頑強なケースを有しないので、前方からの衝突の際の衝撃によって大きなダメージを受ける可能性がある。コンパートメント内の電気機器が衝突の際に受けるダメージを緩和する技術が特許文献１−３に例示されている。それらの文献では、保護対象の電気機器は、走行用のモータに電力を供給するインバータである。そのようなインバータは、１００ボルト以上の高電圧が加わる部品（高電圧部品）を内蔵している。それゆえ、衝突の際にケースが破損してそれらの部品が露出しないようにすることが求められている。特許文献１に開示された技術では、インバータをトレイ（載置台）に固定する。トレイは、車両のフレームの一種であるサイドメンバに固定される。インバータは、ブラケットを用いてトレイに固定される。そのブラケットには、衝突時の衝撃からインバータを保護するため、車両前方から衝撃を受けたときにインバータをトレイから離脱させる離脱機構が備えられている。離脱機構は、ブラケットに設けられたＵ字のスリットにボルトを通してトレイに固定する構造である。衝撃を受けるとＵ字のスリットに沿ってブラケットがボルトに対して相対的に移動してボルトから離脱する。また、トレイは、インバータの後方まで伸びており、さらに後上方に湾曲している。インバータの後上方にはブレーキユニットが配置されており、トレイの後端はブレーキユニットの前まで伸びている。衝突の衝撃でインバータが後退した際、トレイの後方の湾曲した部位がブレーキユニットとインバータの間に入り、ブレーキユニットとの衝突からインバータを保護する。

特許文献２は、インバータの後面に設けられたパワーケーブルのコネクタを保護する技術を開示する。その技術は次の通りである。コネクタとパワーケーブルを保護すべく、インバータの上面に保護カバーが取り付けられる。その保護カバーは、インバータの後方まで伸びているとともに、インバータの後方で下方に向かって湾曲している。インバータの後方には車体パネルのエッジが位置する。衝突の衝撃でインバータが後退した際、車体パネルのエッジに保護カバーが衝突し、元々湾曲している保護カバーがさらに下方へ湾曲してパワーケーブルとコネクタに覆いかぶさり、それらを保護する。

特許文献３は、インバータのコネクタ収容部にカバーを取り付け、衝突の衝撃からコネクタを保護する技術を開示する。

特開２０１３−０８６６８０号公報 特開２０１３−２３７４１３号公報 特開２００９−０３８９２０号公報

本明細書も、車両のコンパートメントに搭載される電気機器の衝突安全性を高める固定構造を開示する。

本明細書が開示する固定構造は、トレイと離脱機構と保護プレートで構成される。トレイは、電気機器を固定するための部材である。そのトレイは、コンパートメント内に固定されている。離脱機構は、電気機器が車両前方から所定以上の衝撃力を受けたときに車載機器をトレイから離脱させる。離脱機構の具体的な構造の例は、上記した特許文献１に開示されているので参照されたい。離脱機構が作動する衝撃の大きさは、実験やシミュレーションなどにより適度に定められる。

保護プレートは、電気機器に取り付けられており、衝撃力により電気機器がトレイから離脱して後方へ移動したときに電気機器の車両後方側に位置する構造物に当接する。なお、保護プレートは、車両前後方向で構造物と対向する位置で電気機器に取り付けられているのがよい。上記の構造は、離脱機構が、電気機器に加わる衝撃を緩和する。同時に、保護プレートが、保護対象の電気機器をその後方の構造物との衝突から保護する。

本明細書が開示する技術は、インバータに限らず、コンパートメントに搭載される様々な電気機器に適用可能である。本明細書が開示する技術は、例えば、バッテリに適用することも可能である。

電動車両のインバータやバッテリなどの車載の電気機器は、エンジンやモータなどと比較すると体格が小さいが、重要な部品である。そのような電気機器に対しては、保護プレートは次の形状を有しているのが好適である。保護プレートは、電気機器の後面に固定されているとともに下方に向かって伸びており、車両横方向からみて構造物に向かって突出するようにＵ字に湾曲している。そして、保護プレートの下端が、電気機器の下端と同じ高さかそれよりも低く位置している。上記の構造は次の利点を有する。衝突時、電気機器がトレイから離脱し、後退して保護プレートのＵ字の湾曲部が後方の構造物に衝突する。このとき、衝突の力により湾曲部が変形する。保護プレートはＵ字よりも上方で車載装置に固定されているので、衝突の際、保護プレートは、その下端がケースの下にもぐりこむように変形する。保護プレートがケース下に潜り込む反動で電気機器は後端が持ち上がり、保護プレートが後方の構造物の上を滑るように後退する。こうして、車載の電気機器は、その後方の構造物の上方へと移動し、構造物との強い衝突が避けられる。

本明細書が開示する技術によれば、車両前部のエンジンコンパートメントに搭載される電気機器の衝突安全性を高めることができる。

実施例の電動車両のエンジンコンパートメントの模式的平面図である。 インバータとエンジンマウントボルトの位置関係を示す斜視図である。 インバータとエンジンマウントボルトの位置関係を示す側面図である。 インバータとエンジンマウントボルトの位置関係を示す後面図である。 衝突時のインバータの移動と保護プレートの変形を説明する図である（１）。 衝突時のインバータの移動と保護プレートの変形を説明する図である（２）。

この項では、本明細書が開示する固定構造の典型例として、電動車両のインバータの固定構造を説明する。インバータやエンジン（モータ）、トランスミッションなどの重要なデバイスは、ボディを支えるフレームに固定される。特に、多くの車両では、前後方向に伸びる２本のフレームがコンパートメント（車両前部のエンジンコンパートメント）の下方を通っており、インバータとモータはそのフレームに固定される。前後方向に伸びる２本のフレームはサイドメンバと呼ばれる。前後に伸びるサイドメンバにいくつかのデバイスを固定する場合、それらのデバイスが前後方向に並ぶことになる。典型的な例では、２本のサイドメンバの間にエンジン（モータ）が固定され、一方のサイドメンバでエンジンの前方にインバータが固定される。特にエンジン（モータ）は体格が大きく、また、振動源ともなるので、２本のサイドメンバの夫々にエンジンマウントと呼ばれる防振ブラケットが取り付けられ、そのエンジンマウントを介してエンジン（モータ）が固定される。なお、エンジンを備えずモータのみを備える電動車両の場合、「エンジンマウント」は、モータ、あるいは、モータを含むトランスミッションを固定するブラケットを意味する。

「エンジンマウント」は、エンジンを含まない駆動源（モータ）を固定する場合にも、慣習に倣って「エンジンマウント」と呼ばれる。以下、本明細書では、モータを含む駆動ユニットをモータユニットと称する。「モータユニット」は、モータだけを含む場合、モータとエンジンを含む場合、モータとトランスミッションを含む場合、モータとエンジンとトランスミッションを含む場合がある。

モータユニットを強固に固定するため、モータユニットは、エンジンマウントに頑丈で大きいボルト（エンジンマウントボルト）で固定される。その前方にインバータが固定される。衝突の衝撃を緩和するため、特許文献１の技術のように、衝撃を受けると離脱可能にインバータを固定すると、衝突の際、インバータが後退したときにインバータの後部が硬くて大きいボルトに衝突し、インバータのケースがダメージを受ける虞がある。

そこで、本明細書が開示する固定構造では、コンパートメントにてサイドメンバに固定されるインバータのケースの後面に保護プレートを取り付ける。具体的には、ケース後面であってエンジンマウントボルトと対向する位置に、衝突の衝撃によってインバータが後方へ移動した際にエンジンマウントボルトに当接するように保護プレートを取り付ける。

インバータのケースはアルミニウムで作られることが多く、アルミニウムのケースに頑丈なボルトが衝突すると、そのケースがダメージを受ける。上記の保護プレートは、そのようなダメージからケースを保護する。なお、アルミニウムのケースの下面には鉄製のロアカバーが取り付けられることがある。鉄製のロアカバーは頑丈であるので、保護プレートはアルミニウムのケースに対向するように配置されていればよい。ロアカバーの着脱の邪魔にならないように、保護プレートの下端と前記ケースの間には隙間が設けられているとよい。なお、保護プレートの下端はロアカバーよりも下に位置していてもよい。

図面を参照して実施例の固定構造を説明する。本実施例で説明する固定構造は、電動車両１０に搭載されたインバータ２０が対象である。電動車両１０は、モータで走行する電気自動車である。図１に、電動車両１０のコンパートメントにおけるデバイスレイアウトを示す模式的平面図を示す。前述したように、「コンパートメント」は、車両前部に設けられた空間であり、駆動装置を収容する空間（エンジンコンパートメント）を意味する。なお、図１では、本発明の説明に不要なデバイスの幾つかは図示を省略している。ただし、コンパートメントの向きを理解し易いように、ヘッドライト８とサスペンションタワー７は描いてある。また、全ての図において、Ｘ軸の正方向が車両の前方に相当し、Ｙ軸が車幅方向に相当し、Ｚ軸の正方向が鉛直上方に相当する。また、以下の説明において「前方」とは車両前端側を意味し、「後方」とは車両後端側を意味する。

コンパートメント２には、様々なデバイスが配置されるが図１ではモータユニット４０とインバータ２０、及び、それらを支持する部材だけを示してある。コンパートメント２を上方からみると、車両のフレームのうち、前後方向に伸びる２本のサイドメンバ３と車幅方向に伸びるクロスメンバ４がコンパートメント２内を通っていることがわかる。もっとも重量が大きいデバイスはモータユニット４０である。モータユニット４０は、２本のサイドメンバ３の間に配置されている。モータユニット４０は、エンジンマウント５を介して、左右のサイドメンバの夫々に２箇所で固定されている。符号６は、エンジンマウント５にモータユニット４０を固定するためのボルトを示している。このボルトは特に大きいボルトであり、以下では、エンジンマウントボルト６と称する。エンジンマウント５は、防振ゴムとブラケット（金具）で構成されており、モータユニット４０の振動を緩和するデバイスである。なお、エンジンマウント５は、モータユニットを支持する構造物であるが、従来からの慣習に従い、「エンジン」マウントと呼ばれている。

バッテリ（不図示）の直流電力を交流電力に変換してモータユニット（モータ）に供給するインバータ２０は、トレイ３０を介して図中右側のサイドメンバ３に固定されている。インバータ２０は、１００ボルトを超える高圧が印加される電気部品（高電圧部品）を内蔵しており、衝突時に内部の高電圧部品が露出しないように高い衝突安全性が求められる。インバータ２０は重要な部品（基幹部品）であるゆえ、サイドメンバ３にしっかりと固定される。詳しくは後述するが、トレイ３０は、車両が衝突してインバータ２０に前方から所定の大きさ衝撃力が加わった際、インバータ２０を離脱させて自由に動けるようにする離脱機構を備えている。離脱機構は、衝突の際にインバータ２０を自由に移動できるようにしてインバータ２０に加わる衝撃を緩和し、内部の高電圧部品が露出することを防止するために設けられている。

図１によく表されているように、モータユニット４０の右側とインバータ２０が図中右側のサイドメンバ３に固定されており、インバータ２０の直後にエンジンマウントボルト６が位置する。先に述べたように、インバータ２０は衝突の際にトレイ３０から離脱して自由に動けるが、インバータ２０の直後に頑強で大きいエンジンマウントボルト６が位置しており、インバータ２０がそのエンジンマウントボルト６に衝突するとインバータ２０のケースがダメージを受ける虞がある。特に、インバータ２０のケースはアルミニウムで作られており、大きなダメージを受けると破損して内部の高電圧部品が露出する虞がある。電動車両１０は、そのようなダメージを回避する構造を備えている。次にその構造について説明する。

図２に、インバータ２０とエンジンマウントボルト６の位置関係を示す。また、図２には、トレイ３０の構造も示してある。なお、図２では、トレイ３０の構造を理解し易いように、インバータ２０は仮想線の単純な直方体で示してある。

まず、トレイ３０の構造を説明する。トレイ３０は、平坦な底プレート３１と、その左右にサイドフランジ３２を有する。サイドフランジ３２は、前後方向に伸びており、段差によって底プレート３１より少し高くなっている。トレイ３０自体は、底プレート３１の前方に伸びるＬ字フロントフランジ３３によってボルト３９でサイドメンバ３に固定されており、また、底プレート３１の後方に伸びるリアフランジ３４によってエンジンマウントボルト６でエンジンマウント５に固定されている。このようにトレイ３０自体がエンジンマウント５の直前に位置しており、したがって、インバータ２０の直後にエンジンマウントボルト６が位置することになる。なお、エンジンマウントは、防振ブラケットであり、複雑な形状を有しているが、図面ではエンジンマウントを単純化して描いてある。また、図２以降では、エンジンマウント５を介して固定されるモータユニット４０は図示を省略している。

インバータ２０のトレイ３０への取り付け構造を説明する。インバータ２０はその左右の側面がブラケット３５を介してトレイ３０（サイドフランジ３２）に取り付けられている。ブラケット３５は、Ｌ字をなしており、Ｌ字の一方の面（鉛直方向に伸びる面）がインバータ２０の側面に対向し、その面が、ボルト３９でインバータ２０に固定される。Ｌ字の他方の面（水平方向に伸びる面）は、サイドフランジ３２と対向する。その面に前方（車両前方）が開いているスリット３５ａが設けられている。ブラケット３５は、このスリット３５ａを通じてボルト３９でサイドフランジ３２に固定される。インバータ２０が固定される４箇所の全てが同様のブラケット３５で固定される。車両が衝突してインバータ２０が前方から所定の大きさ衝撃力を受けるとスリット３５ａに沿ってボルト３９とブラケット３５が相対的に動く。ブラケット３５はインバータ２０とともに後方へ移動し、スリット３５ａからボルト３９が外れ、ブラケット３５（即ちインバータ２０）がトレイ３０から離脱する。この前方が開いたスリット３５ａとボルト３９の組合わせが離脱機構に相当する。離脱機構が作動する衝撃力の最低値は、シミュレーションや実験などにより予め定められる。

図３は、インバータ２０の後部とエンジンマウントボルト６の位置関係を示す側面図であり、図４は、インバータ２０の後面図である。図を理解し易くするために、図３では、トレイ３０のサイドフランジ３２と、ブラケット３５をサイドフランジ３２に固定するボルト３９を仮想線で表している。また、図４では、エンジンマウント５とエンジンマウントボルト６を仮想線で描いてある。

インバータ２０のケース２１はアルミニウムで作られている。そしてケース２１は上下が開口しており、上の開口は鉄製のアッパーカバー２３で塞がれており、下の開口は鉄製のロアカバー２２で塞がれている。ケース２１の後面からはモータに電力を供給するパワーケーブル２９が伸びている。パワーケーブル２９のコネクタ４１は、ケース２１の後面に設けられている開口（不図示）を通じて内部の基板に設けられた受け側コネクタと連結している。ケース後面の開口は鉄製のコネクタカバー２５で覆われている。コネクタカバー２５は、ボルト２８によって、保護プレート２４（後述）と共締めされて固定されている。コネクタカバー２５は、コネクタ４１を保護するものであり、特に雨などの水分からコネクタ４１を保護する。なお、電動車両１０は、走行用に２個のモータを備えており、インバータ２０は夫々のモータに電力を供給する。それゆえ、インバータ２０の後面からは２本のパワーケーブル２９が伸びており、ケース２１の内部にも２個のコネクタ４１が設置されている。なお、コネクタ４１は、図４だけに描かれており、他の図では省略している。

保護プレート２４について説明する。保護プレート２４は、ケース２１の後面であってエンジンマウントボルト６と対向する範囲を覆うように取り付けられている。保護プレート２４は、その上部が前述したようにコネクタカバー２５と共締めされて固定される。この固定箇所から保護プレート２４はケース後面に沿って下方に伸びている。保護プレート２４の下端２４ｂはケース２１の僅かに下まで伸びている。図３と図４に示す破線Ａは、ケース２１の下端の高さを示している。保護プレート２４の下端２４ｂは破線Ａよりも下に位置している。なお、先に述べたように、ケース２１の下面には鉄製のロアカバー２２が取り付けられており、保護プレート２４は、鉛直方向でロアカバー２２の途中まで伸びている。保護プレート２４の下端２４ｂとケース２１の間には隙間Ｓｐが設けられている。

保護プレート２４の下側部分は、車幅方向（図中のＹ軸方向）からみて、エンジンマウントボルト６のボルトヘッドに向かって突出するようにＵ字に湾曲している。別言すれば、保護プレート２４の下側部分は、インバータ２０の車両後方に位置するボルトヘッドに向かって突出するようにＵ字に湾曲している。Ｕ字に湾曲している部位を以下ではＵ字湾曲部と称する。図３と図４における符号２４ａがそのＵ字湾曲部を示している。保護プレート２４のＵ字湾曲部２４ａによって、衝突時にインバータ２０が後退した際、ケース２１とエンジンマウントボルト６との強い衝突が回避される。そのメカニズムを次に説明する。

図５と図６に、前方から衝撃が加わった際のインバータ２０の動きを示す。図５は、インバータ２０が僅かに後方に移動したときの様子を示しており、図６はインバータ２０がさらに後方に移動したときの様子を示している。図５と図６でも図４と同様に、図を理解し易くするため、トレイ３０のサイドフランジ３２とボルト３９は仮想線で描いてある。

先に述べたように、インバータ２０を固定するブラケット３５は、前方が開口しているスリット３５ａ（図２参照）を通じてボルト３９にてサイドフランジ３２に固定されている。インバータ２０の前方から強い衝撃Ｆが加わると、スリット３５ａに沿ってボルト３９とブラケット３５が相対的に移動し、ブラケット３５とともにインバータ２０が後方へ移動する。ボルト３９がスリット３５ａから外れると（図５）、インバータ２０は自由に動けるようになる。

インバータ２０の直後には硬くて大きく、サイドメンバ３に強固に固定されているエンジンマウントボルト６が位置している。インバータ２０が後退すると、保護プレート２４のＵ字湾曲部２４ａが最初にエンジンマウントボルト６と接触する。保護プレート２４は、上部がケース２１に固定されており、下端２４ｂは自由端となっているので、下端２４ｂがケースの下にもぐり込むようにＵ字湾曲部２４ａが変形する。図５の符号２４ａ−２が、変形途中のＵ字湾曲部を示している。Ｕ字湾曲部２４ａのこの変形の反動により、矢印Ｂが示すようにケース２１（インバータ２０）は後上方向へと誘導される。

インバータ２０がさらに後方へ移動すると、Ｕ字湾曲部２４ａ−２がさらに変形するとともに、Ｕ字湾曲部２４ａ−３（図６参照）がエンジンマウントボルト６のボルトヘッドの上を滑り、その反動でインバータ２０の後端がさらに後上方へと移動の向きを変える。変形した保護プレート２４がエンジンマウントボルト６の上を滑るようにインバータ２０が後方へ移動し、その結果、インバータ２０の後面がエンジンマウントボルト６と真正面から衝突することが回避される。

以上説明したように、保護プレート２４は、インバータ２０とエンジンマウントボルト６の間で衝突の衝撃を緩和するだけでなく、インバータ２０の移動方向をエンジンマウントボルト６の上方へと変えさせる。そのような作用により、インバータ２０のエンジンマウントボルトへの激しい衝突が回避される。そのような作用が得られるのは、インバータ２０の後方にある構造物（エンジンマウントボルト６）の高さが、インバータ２０に設けられた保護プレート２４のＵ字湾曲部２４ａと同じ高さであるという位置関係に起因する。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。保護プレート２４の下端は、少なくともケースの下端まで伸びていれば、上記した効果を奏することができる。保護プレート２４の下端２４ｂとケース２１の間には隙間Ｓｐが確保されており、保護プレート２４がロアカバー２２の着脱を邪魔することがない。なお、保護プレートのＵ字の湾曲部は、Ｃ字であってもよく、厳密に「Ｕ」の形状をなしている必要はない。

実施例では、エンジンマウントボルト６がインバータ２０の後面に対向し、保護プレート２４は、インバータ２０のケースをエンジンマウントボルト６との衝突から保護する。本明細書が開示する技術は、インバータ２０以外の電気機器、例えばバッテリに適用することも好適である。また、インバータ２０が衝突する虞のある固定構造物は、エンジンマウントボルト６に限られない。例えば、エンジンマウント５そのものがインバータ２０の後面の直後に位置する場合、保護プレートは、インバータ２０のケースをエンジンマウントとの衝突から保護するものであってもよい。エンジンマウントボルト６は、インバータ２０が衝突する虞のある固定構造物の一例である。

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：エンジンコンパートメント
３：サイドメンバ
４：クロスメンバ
５：エンジンマウント
６：エンジンマウントボルト
７：サスペンションタワー
８：ヘッドライト
１０：電動車両
２０：インバータ（車載機器）
２１：ケース
２２：ロアカバー
２３：アッパーカバー
２４：保護プレート
２４ａ：Ｕ字湾曲部
２４ｂ：下端
２５：コネクタカバー
２８：ボルト
２９：パワーケーブル
３０：トレイ
３１：底プレート
３２：サイドフランジ
３３：Ｌ字フロントフランジ
３４：リアフランジ
３５：ブラケット
３５ａ：スリット
３９：ボルト
４０：モータユニット
４１：コネクタ

Claims (2)

1. 車両の前部に設けられたエンジンコンパートメントにおける電気機器の固定構造であり、
   前記エンジンコンパートメント内に固定されているトレイであって前記電気機器を載置するトレイと、
   前記電気機器が車両前方から所定以上の衝撃力を受けたときに前記電気機器を前記トレイから離脱させる離脱機構と、
   前記電気機器に取り付けられており、前記衝撃力により前記電気機器が前記トレイから離脱して後方へ移動したときに前記電気機器の車両後方側に位置する構造物に当接する保護プレートと、
   を備えており、
   前記保護プレートは、車両前後方向で前記構造物と対向する位置で前記電気機器に取り付けられており、前記電気機器の後面に固定されているとともに下方に向かって伸びており、車両横方向からみて前記構造物に向かって突出するようにＵ字に湾曲しており、当該保護プレートの下端が前記電気機器の下端と同じ高さかそれよりも低く位置していることを特徴とする電気機器の固定構造。
2. 前記電気機器は、バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用のモータに供給するインバータであることを特徴とする請求項１に記載の固定構造。

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