JP2014076685A - 車載機器の保護構造及び電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】車載機器を衝突の衝撃から保護するプロテクタに関し、その取り付け作業性と保護性能の両立を図る技術を提供する。
【解決手段】車載機器の保護構造は、車載機器の角部を覆うプロテクタ３０を備える。そのプロテクタは、車載機器２０の角部に隣接する車載機器の第１の面に１箇所だけで固定される。また、角部に隣接する車載機器の第２の面に突起２４が設けられているとともに、その第２の面に対向するプロテクタの縁に突起と当接する切欠３４が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、車載機器の保護構造と、その保護構造を備えた電気自動車に関する。車載機器は、典型的には、コントローラ、あるいは、インバータである。

自動車のエンジンコンパートメント（フロントコンパートメントともいう）内にはエンジンやモータ、及び、それらのコントローラなど、様々なデバイス（車載機器）が搭載される。近年では、ハイブリッド車の普及に伴い、モータに電力を供給するインバータもエンジンコンパートメント内に配置されるようになってきている。車載機器を衝突の衝撃から保護する技術が検討されている。例えば、特許文献１には、モータを収容する本体の外側にコネクタを収容するコネクタ収容部を備えたハウジングであって、車両の衝突時に車両後方に作用する外力が車両に加えられた場合にコネクタを保護する技術が開示されている。

特開２００９−３８９２０号公報

自動車が障害物と衝突した際、エンジンコンパートメント内の車載機器は大きな衝撃を受ける可能性がある。そこで、コネクタだけでなく、車載機器そのものを衝突の衝撃から保護する構造が望まれる。車載機器を保護する一つの方法として、車載機器に金属板製のプロテクタとして取り付けることが想定される。ここで、プロテクタを多数のボルトで取り付けるのでは作業効率が悪い。本明細書は、車載機器を衝突の衝撃から保護するプロテクタに関し、その取り付け作業性と保護性能の両立を図る技術を提供する。

本明細書が開示する車載機器の保護構造の一実施形態は、車載機器の角部を覆うプロテクタを備える。そのプロテクタは、車載機器の角部に隣接する車載機器の第１の面に１箇所だけで固定される。なお、プロテクタの固定箇所を以下ではプロテクタ固定部と称することがある。また、角部に隣接する車載機器の第２の面に突起が設けられているとともに、その第２の面に対向するプロテクタの縁に突起と当接する切欠が設けられている。

上記のプロテクタは、車載機器の一つの角部を保護する。プロテクタは、１本のボルトで取り付けることができるので取り付け作業性に優れる。他方、車載機器とプロテクタが一箇所のみで接触するのでは受けた衝撃がプロテクタ固定部に集中してしまう。そこで、車載機器の第２の面に突起を設け、プロテクタの縁にはその突起と当接する切欠を設ける。保護すべき角部は、典型的には車両の前上方に相当する角部である。即ち、プロテクタは、典型的には、車両前方に面する第１面にボルトで固定され、車両の側方に面する第２面で突起と係合する。衝突の一つの形態では、第１の面の前方から衝撃が加わる。車両前方から加わる衝撃は、ボルト締結部と突起／切欠の当接箇所の少なくとも２箇所で受けることができるので、衝撃が分散し、車載機器の角部が保護される。

車載機器の第２の面に設けられる突起は、第２の面を正面から見たときに、車載機器の上記の角部（プロテクタで覆われる角部であり、典型的には車両前上方の角部）の方向に向かって伸びる扁平形状であり、角部に近い端部で切欠に当接することが望ましい。即ち、車両側方に面する第２の面を正面から見たときに、突起は、車両の後下方から前上方向に向かって細長に延びており、その前上端でプロテクタの切欠と係合する。そのような構造を採用することによって、突起は車載機器の前上方向に向って剛性が高くなるため、プロテクタは、車載機器の前上方向から加わる衝撃に良く耐えることができる。

前述のプロテクタは、車載機器の第１の面の一箇所で固定されるため、その固定点の周りに回転する虞がある。そこで、本明細書が開示する保護構造のさらなる改良として、次の構成を備えることが好ましい。車載機器の第１の面に対向するプロテクタの縁であって第２の面に対向する縁から連続する縁に台形の切欠が設けられる。台形の一対の脚に相当する２箇所の切欠側縁が、第１の面におけるプロテクタ固定部から放射状に延びる直線に沿っている。そして、車載機器の第１の面に、一対の切欠側縁に夫々と当接する突起が設けられている。

上記のプロテクタは、車載機器の第１の面に面する部位において、プロテクタ固定部と、台形の切欠の一対の切欠側縁の３箇所で車載機器と当接（係合）するので、固定点の周りに回転することが防止される。特に、台形の一対の脚に相当する一対の切欠側縁は、プロテクタ固定部に対して対象に位置するので、台形の切欠と突部はバランスよく係合する。

車載機器の第１の面の３箇所で当接する場合、さらに次の構造を備えることによって、その３箇所への位置決め作業が軽減される。すなわち、車載機器の第１の面に対向するプロテクタ部分に、台形の切欠の中央と前述の固定部（プロテクタ固定部）を通る直線に沿って延びる長孔を設ける。そして、車載機器の第１の面にその長孔を通る円柱状の突起を設ける。以下、説明のため、第１の面に設けられる円柱状の突起を「円柱突起」と称し、台形の切欠と係合する突起を周り止め突起と称する。

円柱突起を備えるプロテクタを取り付ける際、円柱突起がガイドとなりプロテクタの取り付け作業性が向上する。具体的には、円柱突起を長孔に通し、台形の切欠が周り止め突起に向かうようにプロテクタをスライドさせる。台形の一対の脚に相当する一対の切欠側縁が周り止め突起と当接したところで、プロテクタ側のボルト挿通孔と車載機器側のボルト固定孔が一致し、ボルトを通せば固定が完了する。

上記の保護構造の典型的な適用例は、電気自動車のエンジンコンパートメント内にレイアウトされたインバータの保護である。例えば、バッテリと、上面にインバータが固定されたドライブトレインがエンジンコンパートメント内で横に並んで配置される。このとき、バッテリとインバータが横方向に隣り合う。典型的な衝突パターンの一つに、車両の斜め前方から障害物が衝突するパターンがある。そのようなパターンで障害物が衝突すると、バッテリが、インバータの前方の角部であってバッテリと対向する角部に衝突する。上記した保護構造を、インバータの前方の角部であってバッテリと対向する角部に適用すると、上記のパターンの衝突からインバータを保護することができる。なお、「電気自動車」との用語は、燃料電池車、及び、走行用のモータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車を含むことに留意されたい。

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。

エンジンコンパートメント内部のデバイスレイアウトを示す模式的斜視図である。 エンジンコンパートメント内部のデバイスレイアウトを示す模式的平面図である。 プロテクタを装着したインバータの斜視図である。 プロテクタを装着したインバータの拡大正面図である。 プロテクタを装着したインバータの拡大平面図である。 プロテクタを装着したインバータの拡大側面図である。

まず、車両のエンジンコンパートメント（フロントコンパートメント）内に搭載されるデバイス群のレイアウトの一例を説明する。図１は、車両１００のエンジンコンパートメント５内のデバイスレイアウトを示す模式的斜視図であり、図２は、模式的平面図である。なお、全ての図において、Ｘ軸が車両の前方に対応し、Ｙ軸が車両の横方向に対応し、Ｚ軸が車両の上方（鉛直上方）に対応する。

車両１００は、エンジンとモータを備えるハイブリッド車である。エンジンコンパートメント５内に搭載される主要なデバイスは、エンジン８、モータとプラネタリギアとデフを含むドライブトレイン６、サブバッテリ２、ラジエータ９、インバータ２０である。その他、符号９２はリレーボックスを示し、符号９４はエアコンのコンプレッサを示す。エンジン８とドライブトレイン６は、車両のフレームを構成するサイドフレーム４（サイドメンバ）に固定されている。ラジエータ９はフレームの一部を構成するフロントフレーム７（フロントバンパリインフォースメント）に固定されている。また、サブバッテリ２は、スペーサ３を介してサイドフレーム４に固定される。

エンジンコンパートメント５内のサブバッテリ２は、１２Ｖの電圧を出力する。サブバッテリ２は、エアコンやワイパ、ヘッドライト、インバータ２０内の電子回路へ電力を供給する。モータへの駆動電力を供給するメインバッテリは、エンジンコンパートメント５ではなく、リアコンパートメント（ラゲッジルーム）、あるいは、後部座席の下部に配置される。メインバッテリの出力は１００Ｖを超える。典型的には、メインバッテリの出力電圧は２００Ｖ程度である。一般に、モータ（車両駆動用モータ）へ供給する高電圧電力（１００Ｖを超える電圧）以外の低電圧電力（概ね５０Ｖ未満の電圧）を電子回路やパワステアリング等へ供給するサブバッテリ２は、補機バッテリ（auxiliary battery）、あるいは、アクセサリバッテリと呼ばれることがある。一方、走行用のモータに供給する電力を蓄えるバッテリは、メインバッテリと呼ばれる。

車両１００はハイブリッド車両であり、ドライブトレイン６の内部には、モータジェネレータとプラネタリギアとデフ（デファレンシャルギア）が備えられている。プラネタリギアは、エンジンの出力とモータの出力を切り換えてデフに伝達したり、あるいは両者を加えてデフに伝達する。ドライブトレイン６は、パワートレイン、あるいは、トランスアクスル（Ｔ／Ａ）と呼ばれることもある。

ドライブトレイン６内のモータを制御するためのインバータ２０は、ドライブトレイン６の上面に固定されている。この配置は、インバータ２０とドライブトレイン６内のモータとを連結する高電圧の導線の長さを短くできるという利点を有する。インバータ２０は、メインバッテリから供給される電圧をモータ駆動に適した電圧に変換した後に交流に変換する。より詳しくは、インバータ２０には、電圧コンバータ回路と、インバータ回路が備えられている。また、インバータ２０は、ブレーキング時の減速エネルギを電気エネルギに変換する機能も備える。減速エネルギから得られる電力は回生エネルギと呼ばれる。回生エネルギは、メインバッテリに蓄えられる。インバータ２０は、モータを駆動するための電圧コンバータ回路とインバータ回路と、回生エネルギを取得するための回路を含むので、電力コントローラ、あるいは、パワーコントロールユニットと呼ばれることもある。

インバータ２０内には、ＤＣＤＣコンバータ回路の出力やインバータ回路の出力を平滑化するコンデンサが内蔵されている。通常、そのようなコンデンサは、１００ファラド以上の容量を有する。さらに、インバータ２０の内部には、衝撃を検知するとコンデンサを放電する緊急放電回路が備えられている。即ち、本明細書における「インバータ」とは、インバータ回路だけでなく、モータ制御に付随する付加的な回路を含んでいる。

このように、インバータ２０には大容量の電力が蓄積されているため、衝突時の衝撃からできるだけ保護することが好ましい。サブバッテリ２と、上面にインバータ２０が固定されたドライブトレイン６はエンジンコンパートメント５内で横に並んで配置されており、例えば、図２に示す矢印Ｆの方向から障害物が侵入してくると、サブバッテリ２がインバータ２０と衝突する。そこで、インバータ２０のケースの角部（サブバッテリ２に面している角部）にはプロテクタ３０が取り付けられている。インバータ２０のケースは例えばアルミニウムで作られており、プロテクタ３０は、アルミニウムよりも硬い金属（例えば鉄）で作られている。インバータ２０が、保護すべき車載機器の一例に相当する。

続いて、プロテクタ３０を主とするインバータ２０の保護構造を説明する。図３は、プロテクタ３０を取り付けたインバータ２０の斜視図である。図４、図５、及び、図６は、プロテクタ部分を拡大した正面図、平面図、及び、側面図である。ここで、正面図とは、車両の前方から見た図を意味し、平面図とは、車両の上方から見た図を意味し、側面図とは、車両の側方から見た図を意味する。インバータ２０の前面２０ａが「車載機器の第１の面」に対応し、インバータ２０の側面２０ｂ（サブバッテリ２に対向する側面）が「車載機器の第２の面」に対応する。

プロテクタ３０は、前述したように例えば鉄で作られた金属板である。プロテクタ３０は、図１、図２に示すように、車両前上側の角部２０ｄ（インバータ２０のサブバッテリ２と面する角部）を覆うように取り付けられる。角部２０ｄは、インバータ２０のケースの前面２０ａ、側面２０ｂ（サブバッテリ２に面する側面）、及び、上面２０ｃが交差する頂点である。図３に示すように、プロテクタ３０は、インバータ２０の前面２０ａ（第１の面）の１箇所にてボルト４０で固定される。図５に示すように、インバータ２０の前面２０ａからは固定用の凸部２５が突き出ており、プロテクタ３０はその凸部２５の頂面に固定される。

プロテクタ３０は１点で固定されるが、数点でインバータ２０と当接する。図３と図６に示すように、インバータ２０の側面２０ｂ（第２の面）には第１突起２４が設けられており、側面２０ｂに対向するプロテクタ３０の後縁３０ｂに、第１突起２４と当接する（係合する）切欠３４が設けられている。第１突起２４は、インバータ２０の側面２０ｂを正面から見たときに（図６参照）、インバータ２０の保護すべき角部２０ｄの方向に向かって延びる直線ＢＬに沿って扁平形状（細長）に形成される。そして、第１突起２４は、その前方の端部（角部２０ｄに近い端部）で切欠３４と係合する。ここで、「切欠３４と係合する」とは、Ｌ字型の切欠３４に第１突起２４の端部が嵌り込んでいることを意味する。なお、図６では、図を理解し易くするために、切欠３４と第１突起２４は、それらの間に僅かな隙間を有して描いてある。実際には両者は当接することに留意されたい。

図６に示すように、第１突起２４が、プロテクタ３０の車両の後方（Ｘ軸の負方向）を向く縁３０ｂと下方（Ｚ軸の負方向）を向く縁３０ｃで挟まれた切欠３４に係合するので、図６において符号Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４のいずれの方向から衝撃を受けた場合でも、第１の面（前面２０ａ）に設けられた凸部２５と第１突起２４がプロテクタ３０を支えることになり、インバータ２０の角部２０ｄが保護される。プロテクタ３０が受ける衝撃は、凸部２５と第１突起２４に分散し、衝撃荷重が集中することがない。特に、突起２４はインバータ２０の前上方向に向って剛性が高くなるため、衝撃に良く耐えることができる。すなわち、符号Ｆ３が示す方向からの衝撃に対して、第１突起２４はプロテクタ３０を良く支えることができる。

プロテクタ３０は、また、インバータ２０の前面２０ａ（第１の面）に設けられている第２突起（周り止め突起）２３と当接（係合）する。プロテクタ３０の前面の下縁３０ａには、台形の切欠３３が設けられている。下縁３０ａは、インバータ２０の第１の面（前面（２０ａ）に対向する縁であって第２の面（側面２０ｂ）に対向する縁から連続する縁に相当する。切欠３３の台形の一対の両脚に相当する一対の側縁３３ａは、固定部の中心Ｃ（凸部２５に設けられたボルト４０用の螺合孔の中心）から放射状に延びる直線ＣＬに一致するように設けられている。第２突起２３は水平方向に細長の突起であり、その両端が切欠３３の一対の側縁３３ａの夫々と当接する。なお、図４では、図を理解し易くするために、切欠３３と第２突起２３は、それらの間に僅かな隙間を有して描いてある。実際には両者は当接することに留意されたい。

図４に示すように、インバータ２０の前面２０ａを正面から見たときに、プロテクタ３０の固定部（ボルト４０を固定する凸部２５）、及び、切欠３３と第２突起２３の２箇所の当接部は三角形を成す。それゆえ、図４において符号Ｒ１が示す方向にプロテクタ３０に外力が作用してもプロテクタ３０は回転することがない。別言すれば、車両が衝突した際に符号Ｒ１が示す方向の衝撃が加わっても、プロテクタ３０はインバータ２０に対して回転することなく、インバータ２０の角部２０ｄを保護する。さらに別言すれば、突起２３と切欠３３は、ボルト４０がプロテクタ３０によって回転され、緩むのを抑制する。

なお、図４に示すように、切欠３３と第２突起２３の２箇所の当接部は、固定部の中心Ｃを通る鉛直線に対して左右対象に位置する。それゆえ、２箇所の当接部は固定部の中心Ｃに対してバランスがよく、ガタつき難い。

また、インバータ２０の前面２０ａには円柱状の第３突起２２が設けられており、その第３突起２２は、プロテクタ３０の前面に設けられた長孔３２を通っている。長孔３２は、台形の切欠３３の中心と、固定部の中心Ｃを通る直線に沿って延びている。長孔３２と第３突起２２は、プロテクタ３０の取り付けの際に利用される。プロテクタ３０を取り付ける際、第３突起２２を長孔３２に通し、台形の切欠３３が第２突起２３に向かうようにプロテクタ３０をスライドさせる。台形の切欠３３の一対の側縁３３ａが第３突起２３と当接したところで、プロテクタ側のボルト挿通孔と車載機器側のボルト固定孔が一致し、ボルト４０を通せば固定が完了する。このように、円柱状の第３突起２２が長孔３２のガイドとなりプロテクタ３０の取り付け作業性が向上する。

実施例で説明した技術の留意点を述べる。本明細書が開示する車載機器の保護構造は、車載機器の角部を覆うプロテクタと、車載機器の側面に設けられた突起（第１突起２４、第２突起２３、及び、第３突起２２）で構成される。プロテクタは、車載機器の第１の面に１箇所だけで固定される。車載機器は、インバータにかぎらず、内部に電子部品を備えたデバイスであればよい。実施例で説明したように、本明細書が開示する技術は、エンジンコンパートメント内で、バッテリと横方向で並んで配置されるインバータ（バッテリの側面と対向する角部）を保護するのに特に適している。さらに、バッテリは樹脂製の側面を有しているとよい。衝突の際、バッテリの樹脂製の側面が金属製のプロテクタに衝突すると、バッテリは破壊されるが、バッテリの破壊により、インバータが被る衝撃が緩和される。

実施例のインバータ２０が車載機器の一例に相当する。また、インバータ２０の前面２０ａに設けられており、プロテクタ３０を固定するためのボルト４０を螺合する孔が設けられた凸部２５がプロテクタ固定部の一例に相当する。また、台形の切欠に当接する突起は、一対の切欠側縁の夫々に別々に当接する２個の突起であってもよい。

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：サブバッテリ
５：エンジンコンパートメント
６：ドライブトレイン
２０：インバータ
２０ａ：前面（第１の面）
２０ｂ：側面（第２の面）
２０ｃ：上面
２０ｄ：角部
２２：第３突起
２３：第２突起
２４：第１突起
２５：凸部
３０：プロテクタ
３２：長孔
３３：台形の切欠
３３ａ：側縁
３４：切欠
４０：ボルト
１００：ハイブリッド車

Claims (5)

1. 車載機器を保護する構造であり、
   車載機器の角部を覆うプロテクタを備えており、
   前記プロテクタは、角部に隣接する車載機器の第１の面に、１箇所のプロテクタ固定部にて固定されており、
   角部に隣接する車載機器の第２の面に突起が設けられているとともに、前記第２の面に対向するプロテクタの縁に前記突起と当接する切欠が設けられている、
   ことを特徴とする車載機器の保護構造。
2. 前記突起は、前記第２の面を正面から見たときに、前記角部の方向に向かって伸びる扁平形状であり、前記角部に近い端部で切欠に当接することを特徴とする請求項１に記載の保護構造。
3. 車載機器の第１の面に対向するプロテクタの縁であって第２の面に対向する縁から連続する縁に台形の切欠が設けられており、台形の一対の脚に相当する一対の切欠側縁が、第１の面におけるプロテクタ固定部から放射状に延びる直線に沿っており、
   車載機器の第１の面に、前記一対の切欠側縁の夫々に当接する突起が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の保護構造。
4. 車載機器の第１の面に対向するプロテクタ部分に、前記台形の切欠の中央と前記固定部を通る直線に沿って延びる長孔が設けられており、
   車載機器の第１の面に前記長孔を通る円柱状の突起が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の保護構造。
5. バッテリと、上面にインバータが固定されたドライブトレインがエンジンコンパートメント内で横に並んで配置されており、
   インバータの前方の角部であってバッテリと対向する角部に請求項１から４のいずれか１項に記載の保護構造を有することを特徴とする電気自動車。

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