JP5660111B2

JP5660111B2 - 電気自動車のモータルームにおけるケーブル配索構造

Info

Publication number: JP5660111B2
Application number: JP2012263578A
Authority: JP
Inventors: 賢史山中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN103847499B; US9108502B2; US20140151086A1; JP2014108697A; CN103847499A

Description

本発明は、電気自動車のモータルームにおけるケーブル配索構造に関する。本明細書における「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車や燃料電池車を含む。また、「モータルーム」とは、走行用のモータを搭載するスペースを意味し、従来のエンジンを搭載した自動車におけるエンジンルーム（エンジンコンパートメント）に相当する。

電気自動車のモータルームには、従来のエンジン車と比較すると多様なデバイスが搭載される。大きなデバイスとしては、まず、走行用のモータが搭載される。次いで、バッテリの直流出力を交流に変換してモータに供給するパワーコントロールユニット（インバータ）がある。その他に、補機系に電力を供給する補機バッテリや、エアコンの電動コンプレッサ、さらには、ヒューズボックスなどもある。ハイブリッド車では、モータの他にエンジンもモータルームに搭載される。

なお、「補機」とは、走行用モータの定格電圧よりも低い電圧で駆動するデバイスであり、従来のエンジン車のバッテリの駆動対象デバイスを意味する。補機の代表的なものには、ルームランプ、カーナビゲーション、パワーウインドウなどがある。走行用モータを駆動するパワーコントロールユニットの中の制御基板も補機の一つである。なお、以下では、パワーコントロールユニットを略してＰＣＵ（ＰｏｗeｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）と称する。また、補機バッテリと区別するため、モータ駆動用の電力を蓄えるバッテリをメインバッテリと称する。

モータルームにおけるデバイスのレイアウトの一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１は、ハイブリッド車のモータルームのレイアウトを示しており、ＰＣＵの隣にエンジンや補機バッテリが配置されている。また、特許文献２には、モータの上方にインバータを搭載した例が開示されている。特許文献２では、モータの上方に、隙間を介してインバータが固定される。インバータは金具によりモータの上方に固定される。インバータなどを固定する金具は、ブラケットと呼ばれることが多い。本明細書でも、インバータやＰＣＵを固定するための金具をブラケットと称する。

特開２０１０−２６４７９３号公報特開２００４−３２８８７０号公報

電気自動車ではモータルームに搭載されるデバイスの多くが電気デバイスであり、電力や信号の転送のためのケーブルがそれらのデバイスに接続される。即ち、モータルームでは、従来のエンジン車と比較するとより多くのケーブルをモータルーム内で配索する必要がある。他方、ＰＣＵ（インバータ）からモータへ供給する電力は大電流であるため、ＰＣＵとモータを接続するケーブルの長さは短い方がよい。そのため、ＰＣＵはモータの近傍に配置される。このＰＣＵの配置がケーブル配索構造の制限となることがある。すなわち、ＰＣＵにはいくつかのケーブルが接続されるが、ＰＣＵの周囲のデバイスレイアウトによっては、その配索スペースを確保するのが難しい場合がある。本明細書が開示する技術は、モータルーム内における好適なケーブル配索構造を提供する。

本明細書が開示するケーブル配索構造では、ドライブトレインの上部に隙間を設けてＰＣＵ（パワーコントロールユニット）を固定する。また、ＰＣＵの車両左右方向の両側に車載部品が配置されている。ここで、「ドライブトレイン」は、モータを内蔵したケース、あるいは、モータとトランスミッションを合わせたギアボックスを意味する。本明細書は、さらに、ＰＣＵに隣接して配置される車載部品とは別の電気部品とＰＣＵを接続するケーブルの配索構造について工夫する。即ち、この配索構造は、ＰＣＵの車両前方あるいは後方を向いている側面に一端が接続されるとともに、その側面を含む平面からＰＣＵが存在する側に配置される電気部品に他端が接続されるケーブルを備える。そのケーブルが、ＰＣＵとドライブトレインの間の隙間を通って配索される。この配索構造は、ＰＣＵの車両左右方向の両側に何らかの車載部品が配置されてそれらとＰＣＵの間にケーブルを通すスペースを確保することが難しい場合に、ＰＣＵの下側の空隙を使ってケーブルを配索することで、短い距離でケーブルを配索することを可能とする。別言すれば、本明細書が開示する技術によれば、ケーブルを遠回りに配索する必要がない。

ＰＣＵの車両左右方向の両側の夫々に配置される車載部品の典型的な例は、エンジンと補機バッテリである。また、ＰＣＵの側面を含む平面からＰＣＵが存在する側に配置される電気部品の典型的な例は、エアコンの電動コンプレッサである。

ＰＣＵには、通常、モータ駆動用の電力を蓄えるバッテリ（メインバッテリ）との間に電力用のケーブルが接続される。モータ駆動用の電力を流すケーブルは一般にパワーケーブルと呼ばれる。また、走行用モータは大電力であるため、パワーケーブルも太くなる。パワーケーブルは短いことが、送電損失を少なくする上で好ましい。そこで、モータルーム内にメインバッテリが搭載されることがある。他方、上記した電気部品が比較的に大きな電力を消費する場合、補機バッテリよりもメインバッテリから電力を供給する方がよい場合がある。そこで、メインバッテリからＰＣＵ内の回路を経由して上記の電気部品に電力を供給する場合がある。そこで、本明細書が開示する配索構造では、メインバッテリをＰＣＵの上記の側面に対向する位置に配置するとともに、メインバッテリからのケーブルを上記の側面に接続する。この配索構造は、ＰＣＵとメインバッテリの間で大電流を流すパワーケーブルを短くすることができる。なお、ＰＣＵとメインバッテリの間のパワーケーブルと、ＰＣＵと電気部品の間のケーブルを近接してＰＣＵに接続することで、ＰＣＵ内における両者の接続構造を小型化でき、その結果、ＰＣＵ２を小型化することができる。

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。

モータルーム内のデバイスレイアウトを示す図である。図１（Ａ）はモータルームの平面図であり、図１（Ｂ）は側面図であり、図１（Ｃ）は正面図である。図１の一部のデバイスの図示を省略したデバイスレイアウト図である。図２（Ａ）は平面図であり、図２（Ｂ）は側面図である。

図面を参照して実施例のケーブル配索構造を説明する。本実施例は、モータとエンジンを備えるハイブリッド車のモータルームにおけるケーブル配索構造である。図１に、ハイブリッド車のモータルーム２９のデバイスレイアウトの模式図を示す。（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図であり、（Ｃ）は正面図である。また、図２は、図１の平面図と側面図において、いくつかのデバイスの図示を省略してＰＣＵ２（パワーコントロールユニット）の周囲のレイアウトを見易くした図である。なお、図において、Ｘ軸の正方向が車両の前方に相当し、Ｙ軸が車両の左右方向に相当し、Ｚ軸の正方向が車両の上方に相当する。

モータルーム２９に搭載されるデバイスの中でも大きいものは、エンジン５とドライブトレイン３である。これらは、車両の左右方向に並んで配置される。ドライブトレイン３の中には、走行用のモータ４が含まれている。ドライブトレイン３の内部には、エンジン５とモータ４の出力を合成／分割するギア群が内蔵されている。図では描かれていないが、ドライブトレイン３の中にはプラネタリギアが内蔵されており、サンギア、リングギア、プラネタリキャリアの一つにモータ４の出力軸が連結しており、他の一つにエンジン５の出力軸が連結しており、残りの一つに出力軸（トルクを駆動輪に伝える軸）が連結している。プラネタリギアが、エンジン５とモータ４の出力を合成して出力軸に伝達したり、エンジン５の出力をモータ４と出力軸に分割して伝達する。後者の場合、エンジン５が車両の駆動力を供給すると同時にモータ４を駆動して発電する。

ドライブトレイン３の上方にはＰＣＵ２が固定されている。ＰＣＵ２において、車両の前方を向いている側面（Ｘ軸の正方向を向いている側面）を前面２ｂと称し、車両の後方を向いている側面を後面２ａと称し、車両の左右方向を向いている面を横側面２ｄ、２ｅと称する。なお、図２において左方向を向いている横側面が符号２ｄで示されており、右方向を向いている横側面が符号２ｅで示されている。ＰＣＵ２は、ブラケット１２、１３によって、ドライブトレイン３の上方に隙間Ｓｐを有して固定されている。「ブラケット」は、ＰＣＵ２を固定するための金具であり、ＰＣＵ２の前面２ｂと後面２ａに取り付けられている。

エンジン５の高さは、ドライブトレイン３よりも高く、それゆえ、エンジン５は、ＰＣＵ２の一方の横側面２ｄに面する。また、ＰＣＵ２の他方の横側面２ｅには、補機バッテリ１５が隣接している。即ち、ＰＣＵ２の車両左右方向の両側に車載部品（エンジン５と補機バッテリ１５）が配置されている。それらはＰＣＵ２に近接して配置されている。

補機バッテリ１５は、前述したとおり、ルームランプやカーナビゲーションなど、走行用のモータ４よりも定格電圧が低いデバイスに電力を供給するためのバッテリである。なお、補機バッテリ１５は、車体フレームの一部であってモータルーム２９の内部を前後に伸びているサイドフレーム２２の上に取り付けられている。

ＰＣＵ２の後方には、メインバッテリ７が配置されている。ＰＣＵ２は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を含んでおり、メインバッテリ７の直流電力を昇圧し、さらに交流に変換してモータに供給する。それゆえ、ＰＣＵ２とメインバッテリ７は、パワーケーブル９で接続されている。メインバッテリ７はＰＣＵ２の後面２ａに対向するように配置されており、パワーケーブル９は、その一端がＰＣＵ２の後面２ａに接続されており、他端がメインバッテリ７の前面に接続されている。

ＰＣＵ２は、メインバッテリ７の電圧を、補機バッテリの出力電圧まで降圧するコンバータ回路も内蔵しており、その出力をエアコンの電動コンプレッサ６に供給する。電動コンプレッサ６は、エンジン５の上に取り付けられている。符号８が示す太線が、ＰＣＵ２と電動コンプレッサ６を接続するパワーケーブルである。パワーケーブル８の一端は、ＰＣＵ２の後面２ａに接続し、他端は電動コンプレッサ６の後面に接続している。

電動コンプレッサ６は、ＰＣＵ２の後面２ａよりも車両前方に配置されている。図２（Ａ）にて符号Ｌが示す破線は、ＰＣＵ２の後面２ａを含む平面を示している。図２によく示されているように、電動コンプレッサ６は、ＰＣＵ２の後面２ａを含む平面Ｌよりも車両前方に位置している。別言すると、電動コンプレッサ６は、後面２ａを含む平面ＬからＰＣＵ２が存在する側に配置されている。パワーケーブル８は、平面Ｌに含まれる後面２ａから、平面Ｌよりも前方の電動コンプレッサ６へと配索されている。

パワーケーブル８の配索構造について説明する。パワーケーブル８は、ＰＣＵ２の後面２ａから伸びており、後面２ａに沿って下方へカーブし、ＰＣＵ２の下面とドライブトレイン３の上面との間の隙間Ｓｐを通って車両前方へと伸びている。なお、ＰＣＵ２の後面２ａとドライブトレイン３を連結しているブラケット１３には車両前後方向を貫通する孔が設けられており、パワーケーブル８はその孔を通って車両前方へと伸びている。パワーケーブル８は、さらに、ＰＣＵ２の下面の途中で車両側方にカーブし、ＰＣＵ２の一方の横側面２ｄの下方から電動コンプレッサ６に向けて伸びている。

パワーケーブル８、９は、ＰＣＵ２の後面２ａから伸びている。ただし、実際には、ＰＣＵ２の後面２ａにコネクタボックスが設けられ、パワーケーブル８、９は、そのコネクタボックスにてＰＣＵ２と接続される。

ＰＣＵ２の周囲のデバイスレイアウトとパワーケーブル８、９の配索構造をまとめると以下のとおりである。ＰＣＵ２は、隙間Ｓｐを有してドライブトレイン３の上に取り付けられている。ＰＣＵ２の車両左右方向の両側にエンジン５と補機バッテリ１５が配置されている。ＰＣＵ２の後面２ａに面するようにメインバッテリ７が配置されている。メインバッテリ７とＰＣＵ２の後面２ａの間で両者を接続するパワーケーブル９が車両前後方向に一直線に伸びている。パワーケーブル８の一端はＰＣＵ２の後面２ａに接続しており、後面２ａに沿って下降し、さらに、ＰＣＵ２とドライブトレイン３の間の隙間Ｓｐを通って前方に伸びており、そして、電動コンプレッサ６まで配索されている。電動コンプレッサ６は、ＰＣＵ２の後面２ａを含む平面ＬよりもＰＣＵ２が存在する側に配置されている。

以上、モータルーム２９におけるパワーケーブル８、９の配索構造について説明した。配索構造とその利点をまとめる。上記の配索構造では、パワーケーブル８がＰＣＵ２の後面２ａから伸び、ＰＣＵ２とドライブトレイン３の間の隙間Ｓｐを通って後面２ａよりも車両前方に位置する電動コンプレッサ６まで向かっている。上記の配索構造は、パワーケーブル８を、ＰＣＵ２とドライブトレイン３との間を通すことで、ケーブルを大きく迂回させることなく、ＰＣＵ２と電動コンプレッサ６を接続することを可能としている。また、ＰＣＵ２とメインバッテリ７を接続するパワーケーブル９は、両者の対向している側面同士を接続している。即ち、パワーケーブル９は、最短距離でメインバッテリ７とＰＣＵ２を接続している。パワーケーブル９の長さが短いので、そのケーブルにおける電力損失を低く抑えることができる。また、パワーケーブル８とパワーケーブル９を近接してＰＣＵ２に接続することで、ＰＣＵ内における両者の接続構造を小型化でき、その結果、ＰＣＵ２を小型化することができる。

図１（Ａ）に示されているその他の部品を説明する。符号２１ａは、車両のボディの一部位を指しており、その部位は、サスタワーと呼ばれる。サスタワーは、その内側に、前輪のサスペンション用のコイルスプリングを収容している。符号２３が示すデバイスは、ヒューズボックスである。符号２４は、ラジエータを示している。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図１、図２では理解を助けるために、各デバイスをやや小さめに描き、モータルーム２９の中にはスペースに余裕があるように見える。しかし、図１、図２に描かれたデバイスは実際にはさらに大きく、また形状も単純な直方体ではない。さらには、図１、図２には実際に搭載されるデバイスの全てが描かれているわけでもない。モータルーム２９には様々なデバイスが搭載され、ケーブルの配索スペースに余裕はない。他方、ＰＣＵ２に接続されるケーブルは、大電流が流れるパワーケーブルであり、その太さが比較的に太く、取り回し難い。実施例で示した技術は、ドライブトレイン３とＰＣＵ２の間に隙間Ｓｐを設け、その隙間Ｓｐにパワーケーブルを通すことで、配索スペースを確保している。この技術は、例えばＰＣＵ２の横側面２ｄ、２ｅの直近に他のデバイスが位置し、それらの間にケーブル配索スペースが確保できない場合に有効である。

実施例では、ＰＣＵ２の横側面２ｄ、２ｅに面してエンジン５と補機バッテリ１５が配置されている。ＰＣＵ２の車両左右方向に隣接するデバイスは、これらのデバイスに限られない。また、実施例では、ＰＣＵ２の後面２ａから伸びるパワーケーブル８は、後面２ａを含む平面Ｌよりも前方に配置された電動コンプレッサ６に接続している。パワーケーブル８が接続するデバイスは電動コンプレッサ６に限定されるものではない。ＰＣＵ２の後面２ａよりも前方に配置されたデバイスであり、ＰＣＵ２の後面２ａから伸びるパワーケーブルが接続するデバイスであればよい。しかしながら、本明細書が開示する技術は、ＰＣＵ２内の回路を経由してメインバッテリ７から電力を供給するデバイスが、ＰＣＵ２の後面２ａよりも前方に位置しているレイアウトに対して特に有効である。そのようなデバイスの典型が電動コンプレッサ６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：パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）
２ａ：ＰＣＵ２の後面
２ｂ：ＰＣＵ２の前面
２ｄ、２ｅ：ＰＣＵ２の横側面
３：ドライブトレイン
４：モータ
５：エンジン
６：電動コンプレッサ
７：メインバッテリ
８、９：パワーケーブル
１２、１３：ブラケット
１５：補機バッテリ
２９：モータルーム
Ｓｐ：隙間

Claims

バッテリの電力を交流に変換してモータに供給するパワーコントロールユニットを搭載した電気自動車の車両内でのケーブルの配索構造であって、
モータを内蔵するドライブトレインの上部に隙間を設けてパワーコントロールユニットが固定されているとともに、パワーコントロールユニットの車両左右方向の両側に車載部品が配置されており、
パワーコントロールユニットの車両前方あるいは後方を向いている側面に一端が接続されるとともに、前記側面を含む平面からパワーコントロールユニットが存在する側に配置される電気部品に他端が接続されるケーブルを備えており、
前記ケーブルが、パワーコントロールユニットとドライブトレインの間の隙間を通って配索されていることを特徴とする配索構造。
前記電気部品にパワーコントロールユニット内の回路を経由して電力を供給するバッテリを備えており、
前記バッテリはパワーコントロールユニットの前記側面に対向する位置に配置されているとともに、バッテリのケーブルが前記側面に接続していることを特徴とする請求項１に記載の配索構造。