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JP4701754B2 - 電気機器の搭載構造 - Google Patents
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JP4701754B2 - 電気機器の搭載構造 - Google Patents

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Description

本発明は、電気機器の搭載構造に関し、特に、配線の挟まれを防止する配線保護部が形成された電気機器の搭載構造に関する。
インバータなどを含む電気機器をエンジンルームに搭載したハイブリッド車輌が従来から知られている。たとえば、特開2004−82940号公報においては、エンジンとモータジェネレータとが配置されたエンジンルーム内にインバータを有するPCUを搭載した車輌が開示されている。
また、特開2002−95142号公報においては、フロアパネルを貫通するハーネスの支持体に緩衝部としての突出部を設け、衝突時のハーネスに対するフロアパネルの当接を防止したバッテリハーネスの保護構造が開示されている。
また、特開2004−175301号公報においては、PCU下部に配置される電池を衝撃から保護するため、PCUに衝撃吸収部としての張出部が設けられた電気自動車が開示されている。
特開2004−82940号公報 特開2002−95142号公報 特開2004−175301号公報
電動車輌においては、十分な駆動力を得るために、比較的高電圧のユニットが用いられる傾向にある。したがって、エンジンルーム内に高電圧ケーブルが配索される。
しかしながら、特開2004−82940号公報に示されるような搭載構造において、電気機器に接続されるケーブルが複数の部品間に配索される場合がある。このような場合において、衝突などの外部要因により上記部品が移動した場合には、ケーブルが該部品の間に挟まれてしまう場合がある。このことは、ケーブル保護の観点から好ましくない。そして、ケーブルからの漏電を防止するために別品でプロテクタを設けることは、コスト増、設置スペース増に繋がる。
また、特開2002−95142号公報および特開2004−175301号公報においても、部品間の距離を一定の距離以上にしてケーブルを保護するという思想は開示されていない。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、配線の保護に必要な隙間を確保する配線保護部が形成された電気機器の搭載構造を提供することにある。
本発明に係る電気機器の搭載構造は、車輌の閉空間に搭載される電気機器の搭載構造であって、ベース体と、ベース体上で車輌の閉空間内に搭載される電気機器と、電気機器と距離を隔ててベース体に搭載される他部品と、電気機器に接続され、電気機器と他部品との間に位置する部分を有する配線と、電気機器と他部品との間に位置し、電気機器が移動して電気機器と他部品とが近づいた場合にも、電気機器と配線との距離および他部品と配線との距離を各々配線を保護するために必要な距離以上に保持する配線保護部とを備え、配線保護部は、他部品における配線保護部よりも剛性の高い部分に当接することにより、電気機器の移動を制限して該電気機器と他部品との間隔が狭まることを制限する
上記構成によれば、電気機器と他部品とが近づいた場合にも、それらと配線との間に一定の距離を確保して配線を保護することができる。
上記電気機器の搭載構造において、好ましくは、電気機器は42V以上の電圧用の電気機器である。
このような高電圧用の電気機器に接続される配線の損傷を抑制することは重要である。上記構成によれば、このような高電圧配線を保護することができる。
上記電気機器の搭載構造において、1つの例として、該電気機器はインバータである。
電動車輌に搭載されるインバータには、比較的高電圧の配線が接続される場合がある。上記構成によれば、インバータに接続される配線を保護することができる。
上記電気機器の搭載構造において、好ましくは、閉空間はエンジンルームであり、他部品はエンジン本体である。
エンジンルーム内のスペースは限られており、エンジンと電気機器との間に配線が位置する場合が多い。これに対し、エンジンと電気機器との間に配線保護部を設けることにより、それらの間に配線が挟まれることを防止することができる。
上記電気機器の搭載構造において、好ましくは、配線保護部は、電気機器から他部品に向けて突出するブラケットであり、該ブラケットは配線を保持する。
ブラケットが設けられることにより、電気機器と他部品との間隔を少なくともブラケットの長さ以上に保持することができる。結果として、電気機器と他部品との間に配線が挟まれることを防止することができる。また、ブラケットが配線を保持することにより、時間の経過に伴なって配線の位置がずれることが抑制される。結果として、配線保護の効果が高められる。
本発明によれば、複数の部品間に配索される配線を保護することができる。
以下に、本発明に基づく電気機器の搭載構造の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
図1および図2は、本発明の1つの実施の形態に係る電気機器の搭載構造を有するハイブリッド車輌の構成を示す概略図である。なお、図2は、図1における矢印IIの方向からみた状態を示す。
図1,図2を参照して、ハイブリッド車輌1は、エンジン100と、モータジェネレータ200と、PCU(Power Control Unit)300と、バッテリ400と、動力分割機構500と、ディファレンシャル機構600と、ドライブシャフト700と、前輪である駆動輪800L,800Rと、A/C(air/conditioning)コンプレッサ900とを備える。
図2に示すように、エンジン100と、モータジェネレータ200と、PCU300と、動力分割機構500と、A/Cコンプレッサ900とは、エンジンルーム2内に配設される。図2に示す例では、PCU300は、カウルと前輪のサスペンションとの間の車輌側部に設けられる。モータジェネレータ200とPCU300とは、ケーブル3Aにより接続される。PCU300とバッテリ400とは、ケーブル3Bにより接続される。PCU300とA/Cコンプレッサ900とは、ケーブル3Cにより接続される。また、エンジン100およびモータジェネレータ200からなる動力出力装置は、動力分割機構500を介してディファレンシャル機構600に連結されている。ディファレンシャル機構600は、ドライブシャフト700を介して駆動輪800L,800Rに連結されている。
モータジェネレータ200は、3相交流同期電動発電機であって、PCU300から受ける交流電力によって駆動力を発生する。また、モータジェネレータ200は、ハイブリッド車輌1の減速時等においては発電機としても使用され、その発電作用(回生発電)により交流電力を発電し、その発電した交流電力をPCU300へ出力する。
PCU300は、バッテリ400から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ200を駆動制御する。また、PCU300は、モータジェネレータ200が発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ400を充電する。
動力分割機構500は、たとえばプラネタリギヤ(図示せず)を含んで構成される。
エンジン100および/またはモータジェネレータ200から出力された動力は、動力分割機構500からディファレンシャル機構600を介してドライブシャフト700に伝達される。ドライブシャフト700に伝達された駆動力は、駆動輪800L,800Rに回転力として伝達されて、車両を走行させる。このように、モータジェネレータ200は、電動機として作動する。
一方、車輌の減速時等においては、駆動輪800L,800Rあるいはエンジン100によってモータジェネレータ200が駆動される。このとき、モータジェネレータ200が発電機として作動する。モータジェネレータ200により発電された電力は、PCU300内のインバータを介してバッテリ400に蓄えられる。
図3は、PCU300の主要部の構成を示す回路図である。図3を参照して、PCU300は、コンバータ310と、インバータ320と、制御装置330と、コンデンサC1,C2と、電源ラインPL1〜PL3と、出力ライン340U,340V,340Wとを含む。コンバータ310は、バッテリ400とインバータ320との間に接続され、インバータ320は、出力ライン340U,340V,340Wを介してモータジェネレータ200と接続される。
コンバータ310に接続されるバッテリ400は、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。バッテリ400は、発生した直流電圧をコンバータ310に供給し、また、コンバータ310から受ける直流電圧によって充電される。
コンバータ310は、パワートランジスタQ1,Q2と、ダイオードD1,D2と、リアクトルLとからなる。パワートランジスタQ1,Q2は、電源ラインPL2,PL3間に直列に接続され、制御装置330からの制御信号をベースに受ける。ダイオードD1,D2は、それぞれパワートランジスタQ1,Q2のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタQ1,Q2のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルLは、バッテリ400の正極と接続される電源ラインPL1に一端が接続され、パワートランジスタQ1,Q2の接続点に他端が接続される。
このコンバータ310は、リアクトルLを用いてバッテリ400から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインPL2に供給する。また、コンバータ310は、インバータ320から受ける直流電圧を降圧してバッテリ400を充電する。
インバータ320は、U相アーム350U、V相アーム350VおよびW相アーム350Wからなる。各相アームは、電源ラインPL2,PL3間に並列に接続される。U相アーム350Uは、直列に接続されたパワートランジスタQ3,Q4を含み、V相アーム350Vは、直列に接続されたパワートランジスタQ5,Q6を含み、W相アーム350Wは、直列に接続されたパワートランジスタQ7,Q8を含む。ダイオードD3〜D8は、それぞれパワートランジスタQ3〜Q8のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタQ3〜Q8のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン340U,340V,340Wを介してモータジェネレータ200の各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。
このインバータ320は、制御装置330からの制御信号に基づいて、電源ラインPL2から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ200へ出力する。また、インバータ320は、モータジェネレータ200によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインPL2に供給する。
コンデンサC1は、電源ラインPL1,PL3間に接続され、電源ラインPL1の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサC2は、電源ラインPL2,PL3間に接続され、電源ラインPL2の電圧レベルを平滑化する。
制御装置330は、モータトルク指令値、モータジェネレータ200の各相電流値、およびインバータ320の入力電圧に基づいてモータジェネレータ200の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタQ3〜Q8をオン/オフするPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成してインバータ320へ出力する。
また、制御装置330は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ320の入力電圧を最適にするためのパワートランジスタQ1,Q2のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタQ1,Q2をオン/オフするPWM信号を生成してコンバータ310へ出力する。
さらに、制御装置330は、モータジェネレータ200によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ400を充電するため、コンバータ310およびインバータ320におけるパワートランジスタQ1〜Q8のスイッチング動作を制御する。
このPCU300においては、コンバータ310は、制御装置330からの制御信号に基づいて、バッテリ400から受ける直流電圧を昇圧して電源ラインPL2に供給する。そして、インバータ320は、コンデンサC2によって平滑化された直流電圧を電源ラインPL2から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ200へ出力する。
また、インバータ320は、モータジェネレータ200の回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインPL2へ出力する。そして、コンバータ310は、コンデンサC2によって平滑化された直流電圧を電源ラインPL2から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ400を充電する。
図1,図2に示されるケーブル3(3A,3B,3C)は、比較的高電圧(たとえば200V以上600V以下程度)で使用される高電圧配線である。したがって、ケーブル3を保護し、ケーブル3からの漏電を防止することは重要である。
たとえば、車輌の衝突時等において、PCU300が矢印DR1(図1,図2参照)の方向に移動する場合がある。この場合に、PCU300と他のユニット(たとえばエンジン100)との間に位置するケーブル3を保護し、ケーブル3の損傷を防止する必要がある。
図4は、図2における矢印DR2の方向からみた、本実施の形態に係る電気機器(PCU300)の搭載構造を示した図である。また、図5は、図4におけるV−V断面に対応する図である。図4,図5を参照して、PCU300は、組付け金具5を介して台座4上に設置される。組付け金具5(5A,5B)は、ブラケット6Aを形成する。ブラケット6Aは孔部7を有し、ケーブル3は孔部7を貫通する。これにより、ケーブル3はブラケット6Aに保持される。
図4に示すように、PCU300に隣接する位置にエンジン100が設置されている。エンジン100は、シリンダブロック110、シリンダヘッド120およびシリンダヘッドカバー130を含むエンジン本体を有する。また、エンジン本体は、シリンダヘッドカバー130内に位置する動弁系部品などのエンジン構成部品を含む。そして、ブラケット6Aは、PCU300からエンジン100に向かって突出するように設けられる。
ブラケット6Aは、シリンダヘッド120に対応する高さに配設される。図4に示す例では、ブラケット6Aの上面からシリンダヘッド120の上端までの距離(高さ)はL0である。このようにすることで、PCU300が矢印DR1の方向に移動した時にブラケット6Aがシリンダヘッド120に当接する。また、PCU300の側面から孔部7のPCU300側の端部までの距離はL1であり、孔部7のエンジン100側の端部からブラケット6Aの先端までの距離はL2である。
図6は、上記の搭載構造によるケーブル保護の機構を説明する図である。図6を参照して、PCU300が矢印DR1の方向に移動した場合、エンジン100とケーブル3とが接近する。
ここで、ケーブル3はブラケット6Aに保持されている。そして、ブラケット6Aは、ケーブル3よりもエンジン100側に突出している。したがって、PCU300が矢印DR1の方向に移動したとしても、ブラケット6Aがエンジン100に先に当接して、ケーブル3とエンジン100との当接を防ぐ(図6におけるA部)。ここで、ブラケット6Aが当接するシリンダヘッド120はブラケット6Aよりも剛性が高く、ブラケット6Aが当接してもほとんど変形しない。また、PCU300の本体についても、シリンダヘッド120と同様にほとんど変形しない。したがって、ブラケット6Aを衝撃により変形しない程度、または変形したとしても配線保護に問題が生じない程度に固く形成しておけば、PCU300とエンジン100との隙間を少なくともブラケット6Aの長さ程度確保することができる。結果として、PCU300とエンジン100との間にケーブル3が挟まれて、ケーブル3が損傷することを防止することができる。
上記のように、ブラケット6Aが設けられていることにより、PCU300が移動したとしても、ケーブル3とPCU300との距離はL1程度に保たれ、ケーブル3とエンジン100との距離はL2程度に保たれる。ここで、L1,L2はブラケット6Aの長さを変えることにより適宜変更することが可能である。したがって、L1,L2の値がケーブル3の保護に必要な距離以上になるようにブラケット6Aを形成すれば、PCU300が移動したとしても、PCU300とエンジン100との間に位置するケーブル3を保護することができる。
このように、ブラケット6Aによれば、コスト増、スペース増を抑制しながら車輌衝突時のケーブル3の保護を図ることができる。つまり、ブラケット6Aは、「配線保護部」を構成する。換言すると、ブラケット6Aは、PCU300の移動を制限してPCU300とエンジン100との間隔が狭まることを制限する「制限部」を構成する。
なお、図4〜図6に示す例では、エンジン本体における固い部材であるシリンダヘッド120にブラケット6Aを当接させることで配線保護に必要な距離を確保したが、シリンダブロック110にブラケット6Aを当接させることで配線保護に必要な距離を確保してもよい。また、シリンダヘッドカバー130内のエンジン構成部品に対応する高さにブラケット6Aを設けてもよい。シリンダヘッドカバー130は比較的柔らかい部材であり、ブラケット6Aはシリンダヘッドカバー130を貫通する場合があるが、この場合でも、シリンダヘッドカバー130内の部品(たとえば動弁系部品としてのカムシャフトなど)に固い部材としての役割を担わせることができる。
図7〜図9は、上述した搭載構造の変形例を示した図である。図7を参照して、ブラケット6Aにおいて、孔部7に代えて凹部8が設けられてもよい。凹部8によっても、孔部と同様にケーブル3を保持することは可能である。また、図8を参照して、PCU300から突出するブラケット6Aに代えて、エンジン100からPCU300に向けて突出するブラケット6Bが設けられてもよい。なお、ブラケット6Bには凹部8が設けられているため、PCU300とエンジン100とが接近した場合でも、ケーブル3がブラケット6BとPCU300との間に挟まれることが防止される。また、図9を参照して、ブラケット6A,6Bに代えて、エンジン100およびPCU300以外から立ち上がる支柱9に取付けられたスペーサ6Cが設けられてもよい。なお、スペーサ6CにおけるPCU300に対向する部分には、凹部8が設けられているため、PCU300とエンジン100とが接近した場合でも、ケーブル3がスペーサ6CとPCU300との間に挟まれることが防止される。
上記のようなブラケット6Bおよびスペーサ6Cを設けることによっても、ケーブルを保護することができる。つまり、ブラケット6Bおよびスペーサ6Cは、ブラケット6Aと同様に「配線保護部」を構成する。
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る電気機器の搭載構造は、ハイブリッド車輌1の閉空間としてのエンジンルーム2に搭載されるPCU300の搭載構造であって、ベース体としての車体と、エンジンルーム2内に搭載されるPCU300と、PCU300と距離を隔てて車体に搭載されるエンジン100と、PCU300に接続され、PCU300とエンジン100との間に位置する部分を有するケーブル3A,3B,3Cと、PCU300とエンジン100との間に位置し、PCU300とケーブル3A,3B,3Cとの距離およびエンジン100とケーブル3A,3B,3Cとの距離を配線を保護するために必要な距離以上の距離(たとえばL1,L2程度)に保持する配線保護部(たとえばブラケット6A)とを備える。
本実施の形態においては、ハイブリッド車輌1のエンジンルーム2が「車輌の閉空間」を構成し、コンバータ310、インバータ320およびコンデンサC1,C2を含むPCU300が「電気機器」を構成し、エンジン100が「他部品」を構成する場合について説明した。一般に、エンジンルーム2内には多くの機器が配設され、スペースが限定される傾向にあるが、エンジンルーム2内に配索されるケーブル3に上記思想を適用することで、電気機器の設置スペース縮小および配線保護を両立させることができる。
ただし、上記「車輌」、「閉空間」、「電気機器」および「他部品」は、それぞれ「ハイブリッド車輌1」、「エンジンルーム2」、「PCU300」および「エンジン100」に限定されるものではない。PCU300以外であっても、比較的高電圧(たとえば42V以上程度)のユニットであり、接続配線を保護することが望ましいユニットであれば、上記「電気機器」に該当し得る。たとえば、「電気機器」として、コンバータ、インバータおよびコンデンサのうち少なくとも1つを含むユニットや高電圧のアクチュエータを用いることが可能である。
上記のように、配線保護部が設けられることにより、PCU300とエンジン100との間隔を少なくともブラケット6A,6Bやスペーサ6Cの長さ以上程度に保持することができる。結果として、PCU300とエンジン100との間に配線が挟まれることを防止することができる。また、「配線保護部」に形成された孔部7や凹部8によってケーブル3を保持することにより、ケーブル3の位置がずれることが抑制される。結果として、ケーブル保護の効果が高められる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
本発明の1つの実施の形態に係る電気機器の搭載構造を有するハイブリッド車輌の構成を示す概略図である。 図1における矢印IIの方向からみたハイブリッド車輌の構成を示す該略図である。 図1、図2に示されるPCUの主要部の構成を示す回路図である。 本発明の1つの実施の形態に係る電気機器の搭載構造を示した図である。 図4に示される配線保護部を示した図であり、図4におけるV−V断面に対応する図である。 図4に示される電気機器の搭載構造による配線保護の機構を説明する図である。 配線保護部の変形例を示した図である。 配線保護部の他の変形例を示した図である。 配線保護部のさらに他の変形例を示した図である。
符号の説明
1 ハイブリッド車輌、2 エンジンルーム、3,3A,3B,3C ケーブル、4 台座、5,5A,5B 組付け金具、6A,6B ブラケット、6C スペーサ、7 孔部、8 凹部、9 支柱、100 エンジン、110 シリンダブロック、120 シリンダヘッド、130 シリンダヘッドカバー、200 モータジェネレータ、300 PCU、310 コンバータ、320 インバータ、330 制御装置、340U,340V,340W 出力ライン、350U U相アーム、350V V相アーム、350W W相アーム、400 バッテリ、500 動力分割機構、600 ディファレンシャル機構、700 ドライブシャフト、800L,800R 駆動輪、900 A/Cコンプレッサ、C1,C2 コンデンサ、D1〜D8 ダイオード、L リアクトル、PL1,PL2,PL3 電源ライン、Q1〜Q8 パワートランジスタ。

Claims (5)

  1. 車輌の閉空間に搭載される電気機器の搭載構造であって、
    ベース体と、
    前記ベース体上で車輌の閉空間内に搭載される電気機器と、
    前記電気機器と距離を隔てて前記ベース体に搭載される他部品と、
    前記電気機器に接続され、前記電気機器と前記他部品との間に位置する部分を有する配線と、
    前記電気機器と前記他部品との間に位置し、前記電気機器が移動して前記電気機器と前記他部品とが近づいた場合にも、前記電気機器と前記配線との距離および前記他部品と前記配線との距離を各々前記配線を保護するために必要な距離以上に保持する配線保護部とを備え、
    前記配線保護部は、前記他部品における前記配線保護部よりも剛性の高い部分に当接することにより、前記電気機器の移動を制限して該電気機器と前記他部品との間隔が狭まることを制限する、電気機器の搭載構造。
  2. 前記電気機器は42V以上の電圧用の電気機器である、請求項1に記載の電気機器の搭載構造。
  3. 前記電気機器はインバータである、請求項1または請求項2に記載の電気機器の搭載構造。
  4. 前記閉空間はエンジンルームであり、
    前記他部品はエンジン本体である、請求項1から請求項3のいずれかに記載の電気機器の搭載構造。
  5. 前記配線保護部は、前記電気機器から前記他部品に向けて突出するブラケットであり、
    前記ブラケットは前記配線を保持する、請求項1から請求項4のいずれかに記載の電気機器の搭載構造。
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