電気自動車のシャーシフレームおよび電気自動車
【課題】シャーシフレームの強度を損なうことなく、軽量化する。
【解決手段】シャーシフレーム１００は、中間フレーム４００と、中間フレーム４００の車両前後の両端部に連結されたサスペンションフレーム２００、３００とを有する。サスペンションフレーム２００、３００には、サスペンション、車輪が取付けられ、中間フレーム４００には、バッテリが搭載される。サスペンションフレームは、鉄鋼材料や非鉄金属材料によって形成され、充分な強度が保証されている。中間フレームは、サスペンションフレームの材料とは異なる軽量材料、例えば、繊維強化プラスチックによって形成されている。中間フレーム４００のサイドメンバ４０２、４０４は中空断面を有し、サスペンションフレーム２００，３００のサイドメンバ２０２、２０４、３０２、３０４が挿入されて、リベット７００で締結されている。
【解決手段】シャーシフレーム１００は、中間フレーム４００と、中間フレーム４００の車両前後の両端部に連結されたサスペンションフレーム２００、３００とを有する。サスペンションフレーム２００、３００には、サスペンション、車輪が取付けられ、中間フレーム４００には、バッテリが搭載される。サスペンションフレームは、鉄鋼材料や非鉄金属材料によって形成され、充分な強度が保証されている。中間フレームは、サスペンションフレームの材料とは異なる軽量材料、例えば、繊維強化プラスチックによって形成されている。中間フレーム４００のサイドメンバ４０２、４０４は中空断面を有し、サスペンションフレーム２００，３００のサイドメンバ２０２、２０４、３０２、３０４が挿入されて、リベット７００で締結されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車のシャーシフレームおよび電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の燃費向上のための、ボディのモノコック化やシャーシフレームの軽量化が進められている。一方、地球温暖化対策の一環として電気自動車の開発が進められており、内燃機関による従来の自動車同様、軽量化の必要性は高い。従来の自動車において、全体がアルミニウム合金押出材によりなるシャーシフレームが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７６５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気自動車の軽量化の要求に対して、特許文献１の構成では不充分であり、さらなる軽量化が望まれる。その対策として、例えば、繊維強化プラスチックによってシャーシフレーム全体を形成する構成も検討されたが、シャーシフレーム全体を繊維強化プラスチック化するためには、プリプレグ成形による一体成形を行う必要があり、コスト高となる。さらに、サスペンション取り付け部には複雑な応力集中が生じ、繊維強化プラスチックでは強度確保が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１の発明によるシャーシフレームは、金属材料によって形成されたフロント側およびリア側の一対のサスペンションフレームと、繊維強化プラスチックで形成され、フロント側およびリア側端部にフロント側およびリア側サスペンションフレームがそれぞれ連結される中間フレームとを備える。一対のサスペンションフレームのそれぞれは、車両両側で車両前後方向に延在するサイドメンバと、該サイドメンバを互いに連結するクロスメンバと、サスペンションを取付けるサスペンション取付部とを備える。中間フレームは、車両両側で車両前後方向に延在する中空断面のサイドメンバと、該サイドメンバを互いに連結するクロスメンバとを備える。中間フレームの各サイドメンバのフロント側およびリア側端部は連結部とされ、その連結部には一対のサスペンションフレームのサイドメンバがそれぞれ車両前後方向両端部から挿入され、相互に締結部材で締結され、これによりシャーシフレームが形成される。
（２）請求項２の発明は、請求項１記載のシャーシフレームにおいて、前記中間フレームの各メンバは炭素繊維強化プラスチックで成型されていることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２記載のシャーシフレームにおいて、前記中間フレームのクロスメンバは、少なくとも一対のクロスメンバを含み、前記中間フレームは、前記一対のクロスメンバの中央部分で中間フレームを補強するサブメンバをさらに備えることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項３記載のシャーシフレームにおいて、前記サブメンバは車両前後方向に延在し、前記フロント側サスペンションフレームのクロスメンバは、少なくとも一対のクロスメンバを含み、前記リア側サスペンションフレームのクロスメンバは、少なくとも一対のクロスメンバを含み、前記サブメンバのフロント側端部は前記フロント側サスペンションフレームのリア側クロスメンバに締結され、前記サブメンバのリア側端部は前記リア側サスペンションフレームのフロント側クロスメンバに締結されていることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシャーシフレームにおいて、前記中間フレームの各メンバは炭素繊維強化プラスチックで成型された角形パイプであり、前記角形パイプに挿入される前記サスペンションフレームのサイドメンバは前記角形パイプと相似形状を呈し、前記中間フレームの連結部において、前記中間フレームのサイドメンバの上下内周面と前記サスペンションフレームのサイドメンバの上下外周面との間にはライナが設けられ、前記ライナは前記締結部材により共締めされていることを特徴とする。
（６）請求項６の発明による電気自動車は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシャーシフレームと、前記フロント側サスペンションフレームおよびリア側サスペンションフレームのいずれか一方に搭載される走行用電動駆動装置と、前記中間フレームに搭載され、前記走行用電動駆動装置に電力を供給するバッテリと、前記バッテリと前記走行用電動駆動装置とを電気的に接続する電気配線とを備えることを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項６記載の電気自動車において、前記走行用電動駆動装置が搭載されるサスペンションフレームのサイドメンバは筒状に形成され、前記電気配線は、筒状内部の中空空間内と前記中間フレームのサイドメンバの中空空間内を引き回して配線されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、強度を損なうことなく、軽量化したシャーシフレームを提供することができる。その結果、電気自動車の航続距離を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明によるシャーシフレームにサスペンション、車輪を装着した電気自動車の足廻りの一例を示す斜視図。
【図２】図１のシャーシフレームの斜視図。
【図３】図１のシャーシフレームの平面図。
【図４】図1のシャーシフレームの側面図。
【図５】図１の中間フレームとサスペンションフレームとを分解した状態を示す平面図。
【図６】図１の締結部４１６の縦断面図。
【図７】図６の締結部４１６のVII−VII線断面図。
【図８】電気配線の引き回しを説明するシャーシフレームの斜視図。
【図９】本発明が適用される電気自動車の一例を説明するブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明による電気自動車のシャーシフレームの実施の形態を添付図面に従って詳細に説明する。以下に説明する実施形態では、本発明を、電動機を車両の唯一の駆動源とする純粋な電気自動車のシャーシフレームに適用した場合を例に挙げて説明する。なお、以下に説明する実施形態の構成は、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源とする電動車両、例えばハイブリッド自動車（乗用車）のシャーシフレームに適用しても構わない。
【０００９】
まず、図９を用いて、本発明のシャーシフレームが適用される純粋な電気自動車（以下、単に「ＥＶ」と記述する）の電動機駆動システムについて説明する。図９は、ＥＶ１０００の駆動系の構成及びその一部を構成する電動機駆動システムの各コンポーネントの電気的な接続構成を示す。なお、図９において、太い実線は強電系を示し、細い実線は弱電系を示す。
【００１０】
図示省略した車体のフロント部或いはリア部には車軸１８２０が回転可能に軸支されている。車軸１８２０の両端には一対の駆動輪１８００が設けられている。図示省略したが、車体のリア部或いはフロント部には、両端に一対の従動輪が設けられた車軸が回転可能に軸支されている。図９に示すＥＶ１０００では、駆動輪１８００を前輪とし、従動輪を後輪とした前輪駆動方式を示しているが、駆動輪１８００を後輪とし、従動輪を前輪とした後輪駆動方式もある。
【００１１】
車軸１８２０の中央部にはデファレンシャルギア（以下、「ＤＥＦ」と記述する）１８３０が設けられている。車軸１８２０はＤＥＦ１８３０の出力側に機械的に接続されている。ＤＥＦ１８３０の入力側には変速機１８１０の出力軸が機械的に接続されている。ＤＥＦ１８３０は、変速機１８１０によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の車軸１８２０に分配する差動式動力分配機構である。変速機１８１０の入力側にはモータジェネレータ１２００の出力側が機械的に接続されている。
【００１２】
モータジェネレータ１２００は、電機子巻線１２１１を備えた電機子（図９に示すＥＶ１０００では固定子が相当）１２１０と、電機子１２１０に空隙を介して対向配置されると共に、永久磁石１２２１を備えた界磁（図３に示すＥＶ１０００では回転子が相当）１２２０とを有する回転電機であり、ＥＶ１０００の力行時にはモータとして機能し、回生時にはジェネレータとして機能する。
【００１３】
モータジェネレータ１２００がモータとして機能する場合には、バッテリ１１００に蓄積された電気エネルギーがインバータ装置１３００を介して電機子巻線１２１１に供給される。これにより、モータジェネレータ１２００は電機子１２１０と界磁１２２０との間の磁気的作用により回転動力（機械エネルギー）を発生する。モータジェネレータ１２００から出力された回転動力は、変速機１８１０及びＤＥＦ１８３０を介して車軸１８２０に伝達され、駆動輪１８００を駆動する。
【００１４】
モータジェネレータ１２００がジェネレータとして機能する場合には、駆動輪１８００から伝達された機械エネルギー（回転動力）がモータジェネレータ１２００に伝達され、モータジェネレータ１２００を駆動する。このように、モータジェネレータ１２００が駆動されると、電機子巻線１２１１には界磁１２２０の磁束が鎖交して電圧が誘起される。これにより、モータジェネレータ１２００は電力を発生する。モータジェネレータ１２００から出力された電力はインバータ装置１３００を介してバッテリ１１００に供給される。これにより、バッテリ１１００は充電される。
【００１５】
モータジェネレータ１２００は、電機子１２１０とバッテリ１１００との間の電力がインバータ装置１３００によって制御されることにより駆動する。すなわちインバータ装置１３００はモータジェネレータ１２００の制御装置である。インバータ装置１３００は、スイッチング半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換する電力変換装置であり、パワーモジュール１３１０、パワーモジュール１３１０に実装されたスイッチング半導体素子を駆動する駆動回路１３３０、パワーモジュール１３１０の直流側に電気的に並列に接続され、直流電圧を平滑する電解コンデンサ１３２０、及びパワーモジュール１３１０のスイッチング半導体素子のスイッチング指令を生成し、このスイッチング指令に対応する信号を駆動回路１３３０に出力するモータ制御装置１３４０を備えている。
【００１６】
パワーモジュール１３１０は、二つの（上アーム及び下アームの）スイッチング半導体素子を電気的に直列に接続し直列回路（一相分のアーム）が三相分、電気的に並列に接続（三相ブリッジ接続）されて電力変換回路が構成されるように、六つのスイッチング半導体素子を基板上に実装し、アルミワイヤなどの接続導体によって電気的に接続した構造体である。
【００１７】
スイッチング半導体素子としては金属酸化膜半導体型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）或いは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いている。ここで、電力変換回路をＭＯＳＦＥＴによって構成する場合、ドレイン電極とソース電極との間には寄生ダイオードが存在するので、別途、それらの間にダイオード素子を実装する必要がない。一方、電力変換回路をＩＧＢＴによって構成する場合、コレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード素子が存在していないので、別途、それらの間にダイオード素子を電気的に逆並列に接続する必要がある。
【００１８】
各上アームの下アーム接続側とは反対側（ＩＧＢＴの場合、コレクタ電極側）はパワーモジュール１３１０の直流側から外部に導出され、バッテリ１１００の正極側に電気的に接続されている。各下アームの上アーム接続側とは反対側（ＩＧＢＴの場合、エミッタ電極側）はパワーモジュール１３１０の直流側から外部に導出され、バッテリ１１００の負極側に電気的に接続されている。各アームの中点、すなわち上アームの下アーム接続側（ＩＧＢＴの場合、上アームのエミッタ電極側）と下アームの上アーム接続側（ＩＧＢＴの場合、下アームのコレクタ電極側）との接続点はパワーモジュール１３１０の交流側から外部に導出され、電機子巻線１２１１の対応する相の巻線に電気的に接続されている。
【００１９】
電解コンデンサ１３２０は、スイッチング半導体素子の高速スイッチング動作及び電力変換回路に寄生するインダクタンスに起因して生じる電圧変動を抑制するために、すなわち直流成分に含まれる交流成分を除去する平滑コンデンサである。平滑コンデンサとしては電解コンデンサ１３２０の代わりにフィルムコンデンサを用いることもできる。
【００２０】
モータ制御装置１３４０は、車両全体の制御を司る車両制御装置１８４０から出力されたトルク指令信号を受けて、六つのスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号（例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号）を生成し、駆動回路１３３０に出力する電子回路装置である。
【００２１】
駆動回路１３３０は、モータ制御装置１３４０から出力されたスイッチング指令信号を受けて、六つのスイッチング半導体素子に対する駆動信号を生成し、六つのスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する電子回路装置である。
【００２２】
車両制御装置１８４０は、運転者からのトルク要求（アクセルペダルの踏み込み量或いはスロットルの開度）、車両の速度など、車両の運転状態を示す複数の状態パラメータに基づいて、モータ制御装置１３４０に対するモータトルク指令信号を生成し、そのモータトルク指令信号をモータ制御装置１３４０に出力する。
【００２３】
バッテリ１１００は、モータジェネレータ１２００の駆動用電源を構成する、公称出力電圧２００ボルト以上の高電圧であり、ジャンクションボックス１４００を介してインバータ装置１３００及び充電器１５００に電気的に接続されている。バッテリ１１００としてはリチウムイオンバッテリを用いている。
【００２４】
なお、バッテリ１１００としては、鉛電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタなど、他の蓄電器を用いることもできる。
【００２５】
バッテリ１１００は、インバータ装置１３００及び充電器１５００によって充放電される蓄電装置であり、主要部として電池部１１１０及び制御部を備えている。
【００２６】
電池部１１１０は電気エネルギーの貯蔵庫であり、電気エネルギーの蓄積及び放出（直流電力の充放電）が可能な複数のリチウムイオン電池が電気的に直列に接続されたものから構成され、インバータ装置１３００及び充電器１５００に電気的に接続されている。
【００２７】
制御部は、複数の電子回路部品から構成された電子制御装置であり、電池部１１１０の状態を管理及び制御すると共に、インバータ装置１３００及び充電器１５００に許容充放電量を提供して、電池部１１１０における電気エネルギーの出入りを制御する。
【００２８】
電子制御装置は、機能上、２つの階層に分かれて構成されており、バッテリ１１００内において上位（親）に相当するバッテリ制御装置１１３０と、バッテリ制御装置１１３０に対して下位（子）に相当するセル制御装置１１２０とを備えている。
【００２９】
セル制御装置１１２０は、バッテリ制御装置１１３０から出力された指令信号に基づいてバッテリ制御装置１１３０の手足となって動作し、複数のリチウムイオン電池のそれぞれの状態を管理及び制御する複数の電池管理手段を備えている。複数の電池管理手段はそれぞれ集積回路（ＩＣ）によって構成されている。複数の集積回路は、電気的に直列に接続された複数のリチウムイオン電池をいくつかのグループに分けたとき、そのグループのそれぞれに対応して設けられ、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池のそれぞれの電圧及び過充放電異常を検出すると共に、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池間に充電状態のバラツキがある場合には、所定の充電状態よりも大きなリチウムイオン電池を放電して、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池間の充電状態が揃うように、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池のそれぞれの状態を管理及び制御する。
【００３０】
バッテリ制御装置１１３０は、電池部１１１０の状態を管理及び制御すると共に、車両制御装置１８４０又はモータ制御装置１３４０に許容充放電量を通知して、電池部１１１０における電気エネルギーの出入りを制御する電子制御装置であり、状態検知手段を備えている。状態検知手段は、マイクロコンピュータやディジタルシグナルプロセッサなどの演算処理装置である。
【００３１】
バッテリ制御装置１１３０の状態検知手段１には、電池部１１１０の充放電電流を計測するための電流計測手段、電池部１１１０の充放電電圧を計測するための電圧計測手段及び電池部１１１０及びいくつかのリチウムイオン電池の温度を計測するための温度計測手段から出力された計測信号、セル制御装置１１２０から出力された、複数のリチウムイオン電池の端子間電圧に関する検出信号、セル制御装置１１２０から出力された異常信号、イグニションキースイッチの動作に基づくオンオフ信号、及び上位制御装置である車両制御装置１８４０又はモータ制御装置１３４０から出力された信号を含む複数の信号が入力されている。
【００３２】
バッテリ制御装置１１３０の状態検知手段は、それらの入力信号から得られた情報、予め設定された、リチウムイオン電池の特性情報及び演算に必要な演算情報を含む複数の情報に基づいて、電池部１１１０の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）及び劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）などを検知するための演算、複数のリチウムイオン電池の充電状態をバランスさせるための演算、及び電池部１１１０の充放電量を制御するための演算を含む複数の演算を実行する。そして、バッテリ制御装置１１３０の状態検知手段は、それらの演算結果に基づいて、セル制御装置１１２０に対する指令信号、電池部１１１０の充放電量を制御するための許容充放電量に関する信号、電池部１１１０のＳＯＣに関する信号、及び電池部１１１０のＳＯＨに関する信号を含む複数の信号を生成して出力する。
【００３３】
また、バッテリ制御装置１１３０の状態検知手段は、セル制御装置１１２０から出力された異常信号に基づいて、第１正極及び負極リレー１４１０，１４２０を遮断するための指令信号、及び異常状態を通知するための信号を含む複数の信号を生成して出力する。
【００３４】
バッテリ制御装置１１３０及びセル制御装置１１２０は、信号伝送路によってお互いに信号の授受ができるようになっているが、電気的には絶縁されている。これは、お互いの動作電源が異なり、お互いに基準電位が異なるためである。このため、バッテリ制御装置１１３０及びセル制御装置１１２０の間を結ぶ信号伝送路上にはフォトカプラ、容量性結合素子、変圧器などの絶縁１１４０が設けられている。これにより、バッテリ制御装置１１３０及びセル制御装置１１２０は、お互いに基準電位の異なる信号を用いて信号伝送ができる。
【００３５】
バッテリ１１００に蓄積された電気エネルギーは、ＥＶ１０００を走行させる電動機駆動システムの駆動用電力として使用される。バッテリ１１００への電気エネルギーの蓄積は、電動機駆動システムの回生動作により生成された回生電力、或いは家庭向け商用電源から取り込んだ電力、若しくは電気スタンドから購入した電力により行われる。
【００３６】
家庭の商用電源１６００或いは電気スタンドの給電装置からバッテリ１１００を充電する場合、充電器１５００の外部電源接続端子に電気的に接続された電源ケーブルの先端の電源プラグ１５５０を商用電源１６００側のコンセント１７００に差し込み或いは電気スタンドの給電装置から延びる電源ケーブルを充電器１５００の外部電源接続端子に接続し、充電器１５００と商用電源１６００或いは電気スタンドの給電装置とを電気的に接続する。これにより、交流電力が商用電源１６００或いは電気スタンドの給電装置から充電器１５００に供給される。充電器１５００は、供給された交流電力を直流電力に変換し、かつバッテリ１１００の充電電圧に調整した後、バッテリ１１００に供給する。これにより、バッテリ１１００は充電される。
【００３７】
なお、電気スタンドの給電装置からの充電も基本的には家庭の商用電源１６００からの充電と同じように行われる。但し、家庭の商用電源１６００からの充電と電気スタンドの給電装置からの充電とでは、充電器１５００に供給される電流容量及び充電時間が異なり、電気スタンドの給電装置からの充電の方が、家庭の商用電源１６００からの充電よりも電流容量が大きく、かつ充電時間が速い、すなわち急速充電ができる。
【００３８】
充電器１５００は、家庭の商用電源１６００から供給された交流電力或いは電気スタンドの給電装置から供給された交流電力を直流電力に変換すると共に、この変換された直流電力をバッテリ１１００の充電電圧に昇圧してバッテリ１１００に供給する電力変換装置であり、交直変換回路１５１０、昇圧回路１５２０、駆動回路１５３０及び充電制御装置１５４０を主な構成機器として備えている。
【００３９】
交直変換回路１５１０は、外部電源から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換回路であり、例えば複数のダイオード素子のブリッジ接続により構成され、外部電源から供給された交流電力を直流電力に整流するために設けられた整流回路、及び整流回路の直流側に電気的に接続され、整流回路の出力の力率を改善するために設けられた力率改善回路を備えている。交流電力を直流電力に変換する回路としては、ダイオード素子が逆並列に接続された複数のスイッチング半導体素子のブリッジ接続により構成された回路を用いても構わない。
【００４０】
昇圧回路１５２０は、交直変換回路１５１０（力率改善回路）から出力された直流電力をバッテリ１１００の充電電圧まで昇圧するための電力変換回路であり、例えば絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータにより構成されている。絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータは、変圧器、変圧器の一次側巻線に電気的に接続されると共に、複数のスイッチング半導体素子のブリッジ接続により構成され、交直変換回路１５１０から出力された直流電力を交流電力に変換して変圧器の一次側巻線に入力する変換回路、変圧器の二次側巻線に電気的に接続されると共に、複数のダイオード素子のブリッジ接続により構成され、変圧器の二次側巻線に発生した交流電力を直流電力に整流する整流回路、整流回路の出力側（直流側）の正極側に電気的に直列に接続された平滑リアクトル、整流回路の出力側（直流側）の正負極間に電気的に並列に接続された平滑コンデンサから構成されている。
【００４１】
充電制御装置１５４０は、充電器１５００によるバッテリ１１００の充電終始や、充電時に充電器１５００からバッテリ１１００に供給される電力、電圧、電流などを制御するために、車両制御装置１８４０から出力された信号や、バッテリ１１００の制御装置から出力された信号を受けて、昇圧回路１５２０の複数のスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号（例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号）を生成し、駆動回路１５３０に出力する電子回路装置であり、マイクロコンピュータなどの演算処理装置を含む複数の電子部品が回路基板に実装されることにより構成されている。
【００４２】
車両制御装置１８４０は、例えば充電器１５００の入力側の電圧を監視し、充電器１５００と外部電源の両者が電気的に接続されて充電器１５００の入力側に電圧が印加され、充電開始状態になったと判断した場合には、充電を開始するための指令信号を、バッテリ１１００の制御装置から出力されたバッテリ状態信号に基づいてバッテリ１１００が満充電状態になったと判断した場合には、充電を終了するための指令信号を、それぞれ充電制御装置１５４０に出力する。このような動作は、モータ制御装置１３４０或いはバッテリ１１００の制御装置が行ってもよいし、バッテリ１１００の制御装置と協調して充電制御装置１５４０が自ら行ってもよい。
【００４３】
バッテリ１１００の制御装置は、充電器１５００からバッテリ１１００に対する充電が制御されるように、バッテリ１１００の状態を検知してバッテリ１１００の許容充電量を演算し、この演算結果に関する信号を充電器１５００に出力する。
【００４４】
駆動回路１５３０は、充電制御装置１５４０から出力された指令信号を受けて、昇圧回路１５２０の複数のスイッチング半導体素子に対する駆動信号を発生し、複数のスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する電子回路装置であり、スイッチング半導体素子や増幅器などの複数の電子部品が回路基板に実装されることにより構成されている。
【００４５】
なお、交直変換回路１５１０がスイッチング半導体素子によって構成されている場合には、充電制御装置１５４０から、交直変換回路１５１０のスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号が駆動回路１５３０に出力され、駆動回路１５３０から、交直変換回路１５１０のスイッチング半導体素子に対する駆動信号が交直変換回路１５１０のスイッチング半導体素子のゲート電極に出力され、交直変換回路１５１０のスイッチング半導体素子のスイッチングが制御される。
【００４６】
ジャンクションボックス１４００の内部には第１及び第２正極側リレー１４１０，１４３０及び第１及び第２負極側リレー１４２０，１４４０が収納されている。
【００４７】
第１正極側リレー１４１０はインバータ装置１３００（パワーモジュール１３１０）の直流正極側とバッテリ１１００の正極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第１負極側リレー１４２０はインバータ装置１３００（パワーモジュール１３１０）の直流負極側とバッテリ１１００の負極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第２正極側リレー１４３０は充電器１５００（昇圧回路１５２０）の直流正極側とバッテリ１１００の正極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第２負極側リレー１４４０は充電器１５００（昇圧回路１５２０）の直流負極側とバッテリ１１００の負極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。
【００４８】
第１正極側リレー１４１０及び第１負極側リレー１４２０は、モータジェネレータ１２００の回転動力が必要な運転モードにある場合及びモータジェネレータ１２００の発電が必要な運転モードにある場合に投入され、車両が停止モードにある場合（イグニションキースイッチが開放された場合）、電動駆動装置或いは車両に異常が発生した場合及び充電器１５００によってバッテリ１１００を充電する場合に開放される。一方、第２正極側リレー１４３０及び第２負極側リレー１４４０は、充電器１５００によってバッテリ１１００を充電する場合に投入され、充電器１５００によるバッテリ１１００の充電が終了した場合及び充電器１５００或いはバッテリ１１００に異常が発生した場合に開放される。
【００４９】
第１正極側リレー１４１０及び第１負極側リレー１４２０の開閉は、車両制御装置１８４０から出力される開閉指令信号によって制御される。第１正極側リレー１４１０及び第１負極側リレー１４２０の開閉は、他の制御装置、例えばモータ制御装置１３４０或いはバッテリ１１００の制御装置から出力される開閉指令信号によって制御しても構わない。第２正極側リレー１４３０及び第２負極側リレー１４４０の開閉は、充電制御装置１５４０から出力される開閉指令信号によって制御される。第２正極側リレー１４３０及び第２負極側リレー１４４０の開閉は、他の制御装置、例えば車両制御装置１８４０或いはバッテリ１１００の制御装置から出力される開閉指令信号によって制御しても構わない。
【００５０】
以上のように、ＥＶ１０００では、バッテリ１１００とインバータ装置１３００と充電器１５００との間に第１正極側リレー１４１０、第１負極側リレー１４２０、第２正極側リレー１４３０及び第２負極側リレー１４４０を設けて、それらの間の電気的な接続を制御するようにしているので、高電圧である電動駆動装置に対する高い安全性を確保できる。
【００５１】
図１は、本発明の一実施の形態によるシャーシフレーム１００を用いた電気自動車ＥＶの走行部分を示す図である。電気自動車のシャーシフレーム１００は、中間フレーム４００と、中間フレーム４００の車両前後方向（図のＦ方向、Ｒ方向）の両端部に連結されたサスペンションフレーム２００、３００とを有する。シャーシフレーム１００のフロント側サスペンションフレーム２００にはモータジェネレータ１２００、インバータ装置１３００など、電気自動車の走行用電動駆動装置が搭載される。中間フレーム４００にはバッテリ１６００が搭載される。バッテリ１６００は、たとえばリチウムイオンバッテリである複数の単電池をバッテリ筐体に収容してなり、数百ボルトの高電圧が出力可能である。シャーシフレーム１００の上面には車体構造体２０００が設けられ、車体構造体２０００に側面パネルなどを取り付けて車室空間が形成される。
【００５２】
サスペンションフレーム２００、３００にはサスペンション（図示省略）を介して車輪５００、５０２、５０４、５０６が取付けられるので、走行時に車輪とサスペンションから大きな負荷が加えられ、複雑な応力集中が生じる。そこで、本発明の実施形態によるシャーシフレーム１００では、以下に説明するように、サスペンションフレーム２００、３００を金属材料で構成し、中間フレーム４００を炭素繊維強化プラスチックで構成する。なお、車輪５００，５０２，５０４，５０６は、図９の駆動輪１８００に相当する。
【００５３】
図２〜図５を参照して、サスペンションフレーム２００，３００と中間フレーム４００の構造について説明する。図２はシャーシフレーム１００の斜視図、図３はシャーシフレーム１００の平面図、図４はシャーシフレーム１００の側面図、図５は組み立て前の分解図である。
【００５４】
フロント側サスペンションフレーム２００は、車両側部において前後方向に延在するサイドメンバ２０２、２０４と、左右のサイドメンバ２０２、２０４をメンバ端部間で連結するクロスメンバ２０６、２０８とを有し、フレーム状に形成されている。図２に示されているように、サイドメンバ２０２，２０４のリア側端部２０２Ａ，２０４Ａはクロスメンバ２０８よりリア側に突出している。この突出部２０２Ａ，２０４Ａは、中間フレーム４００とフロント側サスペンションフレーム２００とを連結する連結部として機能する。サイドメンバ２０２の車両内側面には電気配線用開口２５０が設けられている。フロント側サスペンションフレーム２００には、前輪サスペンション（図示省略）を装着するためのブラケット２１０、２１２が設けられている。
【００５５】
リア側サスペンションフレーム３００は、車両側部において前後方向に延在するサイドメンバ３０２、３０４と、左右のサイドメンバ３０２、３０４をメンバ端部間で連結するクロスメンバ３０６、３０８とを有し、フレーム状に形成されている。図２に示されているように、サイドメンバ３０２，３０４のフロント側端部３０２Ａ，３０４Ａはクロスメンバ３０６よりフロント側に突出している。この突出部３０２Ａ，３０４Ａは、中間フレーム４００とリア側サスペンションフレーム３００とを連結する連結部として機能する。リア側サスペンションフレーム３００にはサスペンション（図示省略）を装着するためのブラケット３１０、３１２が設けられている。
【００５６】
サイドメンバ２０２、２０４、３０２、３０４、クロスメンバ２０６、２０８、３０６、３０８は、金属材料、例えば、鉄鋼材料や、アルミニウム合金等の非鉄金属材料によりなる角パイプ（中空断面を有する）によって形成され、充分な強度が保証されるとともに、軽量化が図られている。
【００５７】
中間フレーム４００は、車両側部において前後方向に延在するサイドメンバ４０２、４０４と、左右のサイドメンバ４０２、４０４を中間２箇所で連結するクロスメンバ４０６、４０８と、クロスメンバ４０６、４０８を中央部で連結するサブメンバ４１８と有する。サイドメンバ４０２の車両内側面には電気配線用開口４５０が設けられている。クロスメンバ４０６、４０８上にはバッテリ１６００が載置、固定される。
【００５８】
サスペンションフレーム２００、３００に比較して、中間フレーム４００には複雑で大きな負荷は加わらないので、サイドメンバ４０２、４０４、クロスメンバ４０６、４０８、サブメンバ４１８は、サスペンションフレーム２００、３００の材料とは異なる軽量材料、例えば、炭素繊維強化プラスチックよりなる角パイプ（中空断面を有する。）によって一体成型されている。
【００５９】
サイドメンバ４０２のフロント側とリア側の両端部には締結部４１０、４１４がそれぞれ設けられ、サイドメンバ４０４のフロント側とリア側の両端部には締結部４１２、４１６がそれぞれ設けられている。中間フレーム４００は、締結部４１０、４１２において、フロント側サスペンションフレーム２００のサイドメンバ２０２、２０４にそれぞれ連結され、締結部４１４、４１６において、リア側サスペンションフレーム３００のサイドメンバ３０２、３０４にそれぞれ連結されている。
【００６０】
図５に示すように、サイドメンバ２０２、２０４、３０２、３０４、４０２、４０４には締結部材７００が貫通する貫通孔７０６があらかじめ穿設されている。また、図５には表示されていないが、クロスメンバ２０６、３０６、４０６、４０８には、サブメンバ４１８を装着するための締結部材７００が貫通する同様の貫通孔７０６が穿設されている。
【００６１】
サイドメンバ４０２、４０４のフロント側締結部４１０，４１２には、フロント側サスペンションフレーム２００のサイドメンバ２０２，２０４のリア側端部２０２Ａ，２０４Ａが挿入され、フロント側サスペンションフレーム２００が貫通孔７０６を介してリベット７００で連結されている。リア側サスペンションフレーム３００ぼサイドメンバ４０２、４０４のリア側端部４１４，４１６には、サイドメンバ３０２，３０４のフロント側端部３０２Ａ，３０２Ａが挿入され、リア側サスペンションフレーム３００が貫通孔７０６を介してリベット７００で連結されている。
【００６２】
サブメンバ４１８のフロント側端部はフロント側サスペンションフレーム２００のリア側クロスメンバ２０６に貫通孔７０６を介してリベット７００で締結され、リア側端部はリア側サスペンションフレーム３００のフロント側クロスメンバ３０６に貫通孔７０６を介してリベット７００で締結されている。サブメンバ４１８は、クロスメンバ４０６、４０８を相互に連結することによって、中間フレーム４００の下方への撓みに対する強度、剛性を高め、さらに、サスペンションフレーム２００、３００によって両端部が支持されつつ、クロスメンバ４０６、４０８を補強する。
【００６３】
図６および図７を参照して締結部４１０〜４１６とサスペンションフレーム２００，３００との連結構造についてさらに詳細に説明する。連結構造は、締結部４１０〜４１６とも同様に構成されているので、締結部４１６の連結構造のみを代表的に説明する。
【００６４】
中間フレーム４００のサイドメンバ４０４には、リア側サスペンションフレーム３００のサイドメンバ３０４が挿入され、リベット７００で相互に固着されている。詳細には、サイドメンバ４０４の連結部４１６にはサイドメンバ３０４の突出部３０４Ａが嵌入され、サイドメンバ３０４の上下外面とサイドメンバ４０４上下内面との間に、それぞれライナ７０２、７０４を挿入して、サイドメンバ３０４と４０４とがリベット７００で締結されている。締結部材７００は、ライナ７０２、７０４を貫通しており、ライナ７０２、７０４のずれ、脱落を防止している。ライナ７０２、７０４は、例えば、非鉄金属、プラスチックによって形成され、サイドメンバ３０４との接触によるサイドメンバ４０４の損耗、損傷が防止されている。さらに、サイドメンバ３０４、４０４の側面もリベット７００によって相互に強固に締結されている。
【００６５】
このような嵌合・締結によって、中間フレーム４００とサスペンションフレーム２００、３００とは相互に強固に締結される。したがって、本発明によるシャーシフレーム１００は、全体として、充分な強度を備え、かつ軽量化を実現している。
【００６６】
シャーシフレームの組み立て手順について説明する。
サスペンションフレーム２００、３００、および中間フレーム４００をそれぞれ製作する。中間フレーム４００の両端部に、サスペンションフレーム２００、３００をそれぞれ挿入し、リベット７００で各メンバを締結する。フロント側サスペンションフレーム２００のブラケット２１０、２１２に前輪サスペンションを取付け、リア側サスペンションフレーム３００のブラケット３１０、３１２に前輪サスペンションを取付ける。フロントサスペンションによって前輪５００、５０２の車軸を装着し、リアサスペンションによって後輪５０４、５０６の車軸を装着する。
【００６７】
シャーシフレーム１００の上面には不図示の車体構造体が設けられ、車体構造体に側面パネルなどを取り付けて車室空間が形成される。シャーシフレーム１００のフロント側サスペンションフレーム２００に不図示の駆動用モータ、インバータなど、電気自動車の駆動系を搭載し、中間フレーム４００にバッテリ１６００を搭載する。図８に示すように、バッテリ１６００とインバータなどの駆動系電気回路とを電気配線８００で接続する。フロンと側サスペンションフレーム２００のサイドフレーム２０２の車両内側面には、電気配線用開口２５０が設けられている。また、中間フレーム４００のサイドフレーム４０２の車両内側面にも電気配線用開口４５０が設けられている。電気配線８００は、サイドメンバ２０２の開口２５０からサイドメンバ中空部に挿入され、サイドフレーム４０２の中空部を引き回され、サイドメンバ４０２の開口４５０からサイドメンバ外に引き出され、バッテリ１６００に接続される。
【００６８】
電動駆動装置とバッテリ１６００の電気配線８００をサイドメンバの中空空間内を引き回すようにしたので、電気配線８００を引き回すスペース効率が向上する。
【００６９】
以上の実施形態を以下のように変形して実施することもできる。
（１）中間フレーム４００とフロント側およびリア側サスペンションフレーム２００，３００とを締結する締結部材としてリベットを使用したが、ボルト・ナット、その他の締結手段を採用してもよい。サブフレーム４１８と中間フレーム４００との締結、サブフレーム４１８とフロント側およびリア側サスペンションフレーム２００，３００との締結について同様であり、ボルト・ナット、その他の締結手段を採用してもよい。
【００７０】
（２）中間フレーム４００を炭素繊維強化プラスチックで成型するものとしたが、アラミド繊維強化プラスチックなど機械的強度が保証できる繊維強化プラスチックであれば、その他の素材を用いてもよい。
【００７１】
（３）中間フレーム４００の各メンバを一体成形するものとしたが、各メンバを別々に成型し、それらをリベットやボルトで締結してもよい。サブメンバ４１８のみ別部材とし、中間フレーム４００、フロント側サスペンションフレーム２００、およびリア側サスペンションフレーム３００に締結してもよい。
なお、サブフレーム４１８を省略してもよい。
【００７２】
（４）サスペンションフレーム３００は、主に上下方向に大きな負荷を受けるため、ライナ７０２、７０４をサイドメンバ３０４の上下に配置した。しかしながら、負荷状況に応じて、上側または下側のみにライナを設けてもよい。あるいは、サイドメンバ３０４の側面の両方または一方にライナを設けてもよい。
【００７３】
（５）サブメンバ４１８を車両前後方向に延在させず、斜め方向に延在させても良い。クロスメンバを増設してサブメンバを省略してもよい。
【００７４】
以上説明した実施形態はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。したがって、中間フレーム４００，フロント側およびリア側サスペンションフレーム２００、３００の構造も実施の形態に限定されない。
【符号の説明】
【００７５】
１００ シャーシフレーム
２００、３００ サスペンションフレーム
２０２，２０４、３０２、３０４ サイドメンバ
２０６、２０８、３０６、３０８ クロスメンバ
４００ 中間フレーム
４０２，４０４ サイドメンバ
４０６、４０８ クロスメンバ
４１０、４１２、４１４、４１６ 締結部
４１８ サブメンバ
５００、５０２、５０４、５０６ 車輪
８００ 電気配線
１０００ 電気自動車
１６００ バッテリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車のシャーシフレームおよび電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の燃費向上のための、ボディのモノコック化やシャーシフレームの軽量化が進められている。一方、地球温暖化対策の一環として電気自動車の開発が進められており、内燃機関による従来の自動車同様、軽量化の必要性は高い。従来の自動車において、全体がアルミニウム合金押出材によりなるシャーシフレームが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−７６５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気自動車の軽量化の要求に対して、特許文献１の構成では不充分であり、さらなる軽量化が望まれる。その対策として、例えば、繊維強化プラスチックによってシャーシフレーム全体を形成する構成も検討されたが、シャーシフレーム全体を繊維強化プラスチック化するためには、プリプレグ成形による一体成形を行う必要があり、コスト高となる。さらに、サスペンション取り付け部には複雑な応力集中が生じ、繊維強化プラスチックでは強度確保が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（１）請求項１の発明によるシャーシフレームは、金属材料によって形成されたフロント側およびリア側の一対のサスペンションフレームと、繊維強化プラスチックで形成され、フロント側およびリア側端部にフロント側およびリア側サスペンションフレームがそれぞれ連結される中間フレームとを備える。一対のサスペンションフレームのそれぞれは、車両両側で車両前後方向に延在するサイドメンバと、該サイドメンバを互いに連結するクロスメンバと、サスペンションを取付けるサスペンション取付部とを備える。中間フレームは、車両両側で車両前後方向に延在する中空断面のサイドメンバと、該サイドメンバを互いに連結するクロスメンバとを備える。中間フレームの各サイドメンバのフロント側およびリア側端部は連結部とされ、その連結部には一対のサスペンションフレームのサイドメンバがそれぞれ車両前後方向両端部から挿入され、相互に締結部材で締結され、これによりシャーシフレームが形成される。
（２）請求項２の発明は、請求項１記載のシャーシフレームにおいて、前記中間フレームの各メンバは炭素繊維強化プラスチックで成型されていることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２記載のシャーシフレームにおいて、前記中間フレームのクロスメンバは、少なくとも一対のクロスメンバを含み、前記中間フレームは、前記一対のクロスメンバの中央部分で中間フレームを補強するサブメンバをさらに備えることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項３記載のシャーシフレームにおいて、前記サブメンバは車両前後方向に延在し、前記フロント側サスペンションフレームのクロスメンバは、少なくとも一対のクロスメンバを含み、前記リア側サスペンションフレームのクロスメンバは、少なくとも一対のクロスメンバを含み、前記サブメンバのフロント側端部は前記フロント側サスペンションフレームのリア側クロスメンバに締結され、前記サブメンバのリア側端部は前記リア側サスペンションフレームのフロント側クロスメンバに締結されていることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシャーシフレームにおいて、前記中間フレームの各メンバは炭素繊維強化プラスチックで成型された角形パイプであり、前記角形パイプに挿入される前記サスペンションフレームのサイドメンバは前記角形パイプと相似形状を呈し、前記中間フレームの連結部において、前記中間フレームのサイドメンバの上下内周面と前記サスペンションフレームのサイドメンバの上下外周面との間にはライナが設けられ、前記ライナは前記締結部材により共締めされていることを特徴とする。
（６）請求項６の発明による電気自動車は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシャーシフレームと、前記フロント側サスペンションフレームおよびリア側サスペンションフレームのいずれか一方に搭載される走行用電動駆動装置と、前記中間フレームに搭載され、前記走行用電動駆動装置に電力を供給するバッテリと、前記バッテリと前記走行用電動駆動装置とを電気的に接続する電気配線とを備えることを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項６記載の電気自動車において、前記走行用電動駆動装置が搭載されるサスペンションフレームのサイドメンバは筒状に形成され、前記電気配線は、筒状内部の中空空間内と前記中間フレームのサイドメンバの中空空間内を引き回して配線されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、強度を損なうことなく、軽量化したシャーシフレームを提供することができる。その結果、電気自動車の航続距離を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明によるシャーシフレームにサスペンション、車輪を装着した電気自動車の足廻りの一例を示す斜視図。
【図２】図１のシャーシフレームの斜視図。
【図３】図１のシャーシフレームの平面図。
【図４】図1のシャーシフレームの側面図。
【図５】図１の中間フレームとサスペンションフレームとを分解した状態を示す平面図。
【図６】図１の締結部４１６の縦断面図。
【図７】図６の締結部４１６のVII−VII線断面図。
【図８】電気配線の引き回しを説明するシャーシフレームの斜視図。
【図９】本発明が適用される電気自動車の一例を説明するブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明による電気自動車のシャーシフレームの実施の形態を添付図面に従って詳細に説明する。以下に説明する実施形態では、本発明を、電動機を車両の唯一の駆動源とする純粋な電気自動車のシャーシフレームに適用した場合を例に挙げて説明する。なお、以下に説明する実施形態の構成は、内燃機関であるエンジンと電動機とを車両の駆動源とする電動車両、例えばハイブリッド自動車（乗用車）のシャーシフレームに適用しても構わない。
【０００９】
まず、図９を用いて、本発明のシャーシフレームが適用される純粋な電気自動車（以下、単に「ＥＶ」と記述する）の電動機駆動システムについて説明する。図９は、ＥＶ１０００の駆動系の構成及びその一部を構成する電動機駆動システムの各コンポーネントの電気的な接続構成を示す。なお、図９において、太い実線は強電系を示し、細い実線は弱電系を示す。
【００１０】
図示省略した車体のフロント部或いはリア部には車軸１８２０が回転可能に軸支されている。車軸１８２０の両端には一対の駆動輪１８００が設けられている。図示省略したが、車体のリア部或いはフロント部には、両端に一対の従動輪が設けられた車軸が回転可能に軸支されている。図９に示すＥＶ１０００では、駆動輪１８００を前輪とし、従動輪を後輪とした前輪駆動方式を示しているが、駆動輪１８００を後輪とし、従動輪を前輪とした後輪駆動方式もある。
【００１１】
車軸１８２０の中央部にはデファレンシャルギア（以下、「ＤＥＦ」と記述する）１８３０が設けられている。車軸１８２０はＤＥＦ１８３０の出力側に機械的に接続されている。ＤＥＦ１８３０の入力側には変速機１８１０の出力軸が機械的に接続されている。ＤＥＦ１８３０は、変速機１８１０によって変速されて伝達された回転駆動力を左右の車軸１８２０に分配する差動式動力分配機構である。変速機１８１０の入力側にはモータジェネレータ１２００の出力側が機械的に接続されている。
【００１２】
モータジェネレータ１２００は、電機子巻線１２１１を備えた電機子（図９に示すＥＶ１０００では固定子が相当）１２１０と、電機子１２１０に空隙を介して対向配置されると共に、永久磁石１２２１を備えた界磁（図３に示すＥＶ１０００では回転子が相当）１２２０とを有する回転電機であり、ＥＶ１０００の力行時にはモータとして機能し、回生時にはジェネレータとして機能する。
【００１３】
モータジェネレータ１２００がモータとして機能する場合には、バッテリ１１００に蓄積された電気エネルギーがインバータ装置１３００を介して電機子巻線１２１１に供給される。これにより、モータジェネレータ１２００は電機子１２１０と界磁１２２０との間の磁気的作用により回転動力（機械エネルギー）を発生する。モータジェネレータ１２００から出力された回転動力は、変速機１８１０及びＤＥＦ１８３０を介して車軸１８２０に伝達され、駆動輪１８００を駆動する。
【００１４】
モータジェネレータ１２００がジェネレータとして機能する場合には、駆動輪１８００から伝達された機械エネルギー（回転動力）がモータジェネレータ１２００に伝達され、モータジェネレータ１２００を駆動する。このように、モータジェネレータ１２００が駆動されると、電機子巻線１２１１には界磁１２２０の磁束が鎖交して電圧が誘起される。これにより、モータジェネレータ１２００は電力を発生する。モータジェネレータ１２００から出力された電力はインバータ装置１３００を介してバッテリ１１００に供給される。これにより、バッテリ１１００は充電される。
【００１５】
モータジェネレータ１２００は、電機子１２１０とバッテリ１１００との間の電力がインバータ装置１３００によって制御されることにより駆動する。すなわちインバータ装置１３００はモータジェネレータ１２００の制御装置である。インバータ装置１３００は、スイッチング半導体素子のスイッチング動作によって電力を直流から交流に、交流から直流に変換する電力変換装置であり、パワーモジュール１３１０、パワーモジュール１３１０に実装されたスイッチング半導体素子を駆動する駆動回路１３３０、パワーモジュール１３１０の直流側に電気的に並列に接続され、直流電圧を平滑する電解コンデンサ１３２０、及びパワーモジュール１３１０のスイッチング半導体素子のスイッチング指令を生成し、このスイッチング指令に対応する信号を駆動回路１３３０に出力するモータ制御装置１３４０を備えている。
【００１６】
パワーモジュール１３１０は、二つの（上アーム及び下アームの）スイッチング半導体素子を電気的に直列に接続し直列回路（一相分のアーム）が三相分、電気的に並列に接続（三相ブリッジ接続）されて電力変換回路が構成されるように、六つのスイッチング半導体素子を基板上に実装し、アルミワイヤなどの接続導体によって電気的に接続した構造体である。
【００１７】
スイッチング半導体素子としては金属酸化膜半導体型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）或いは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いている。ここで、電力変換回路をＭＯＳＦＥＴによって構成する場合、ドレイン電極とソース電極との間には寄生ダイオードが存在するので、別途、それらの間にダイオード素子を実装する必要がない。一方、電力変換回路をＩＧＢＴによって構成する場合、コレクタ電極とエミッタ電極との間にはダイオード素子が存在していないので、別途、それらの間にダイオード素子を電気的に逆並列に接続する必要がある。
【００１８】
各上アームの下アーム接続側とは反対側（ＩＧＢＴの場合、コレクタ電極側）はパワーモジュール１３１０の直流側から外部に導出され、バッテリ１１００の正極側に電気的に接続されている。各下アームの上アーム接続側とは反対側（ＩＧＢＴの場合、エミッタ電極側）はパワーモジュール１３１０の直流側から外部に導出され、バッテリ１１００の負極側に電気的に接続されている。各アームの中点、すなわち上アームの下アーム接続側（ＩＧＢＴの場合、上アームのエミッタ電極側）と下アームの上アーム接続側（ＩＧＢＴの場合、下アームのコレクタ電極側）との接続点はパワーモジュール１３１０の交流側から外部に導出され、電機子巻線１２１１の対応する相の巻線に電気的に接続されている。
【００１９】
電解コンデンサ１３２０は、スイッチング半導体素子の高速スイッチング動作及び電力変換回路に寄生するインダクタンスに起因して生じる電圧変動を抑制するために、すなわち直流成分に含まれる交流成分を除去する平滑コンデンサである。平滑コンデンサとしては電解コンデンサ１３２０の代わりにフィルムコンデンサを用いることもできる。
【００２０】
モータ制御装置１３４０は、車両全体の制御を司る車両制御装置１８４０から出力されたトルク指令信号を受けて、六つのスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号（例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号）を生成し、駆動回路１３３０に出力する電子回路装置である。
【００２１】
駆動回路１３３０は、モータ制御装置１３４０から出力されたスイッチング指令信号を受けて、六つのスイッチング半導体素子に対する駆動信号を生成し、六つのスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する電子回路装置である。
【００２２】
車両制御装置１８４０は、運転者からのトルク要求（アクセルペダルの踏み込み量或いはスロットルの開度）、車両の速度など、車両の運転状態を示す複数の状態パラメータに基づいて、モータ制御装置１３４０に対するモータトルク指令信号を生成し、そのモータトルク指令信号をモータ制御装置１３４０に出力する。
【００２３】
バッテリ１１００は、モータジェネレータ１２００の駆動用電源を構成する、公称出力電圧２００ボルト以上の高電圧であり、ジャンクションボックス１４００を介してインバータ装置１３００及び充電器１５００に電気的に接続されている。バッテリ１１００としてはリチウムイオンバッテリを用いている。
【００２４】
なお、バッテリ１１００としては、鉛電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ、ハイブリッドキャパシタなど、他の蓄電器を用いることもできる。
【００２５】
バッテリ１１００は、インバータ装置１３００及び充電器１５００によって充放電される蓄電装置であり、主要部として電池部１１１０及び制御部を備えている。
【００２６】
電池部１１１０は電気エネルギーの貯蔵庫であり、電気エネルギーの蓄積及び放出（直流電力の充放電）が可能な複数のリチウムイオン電池が電気的に直列に接続されたものから構成され、インバータ装置１３００及び充電器１５００に電気的に接続されている。
【００２７】
制御部は、複数の電子回路部品から構成された電子制御装置であり、電池部１１１０の状態を管理及び制御すると共に、インバータ装置１３００及び充電器１５００に許容充放電量を提供して、電池部１１１０における電気エネルギーの出入りを制御する。
【００２８】
電子制御装置は、機能上、２つの階層に分かれて構成されており、バッテリ１１００内において上位（親）に相当するバッテリ制御装置１１３０と、バッテリ制御装置１１３０に対して下位（子）に相当するセル制御装置１１２０とを備えている。
【００２９】
セル制御装置１１２０は、バッテリ制御装置１１３０から出力された指令信号に基づいてバッテリ制御装置１１３０の手足となって動作し、複数のリチウムイオン電池のそれぞれの状態を管理及び制御する複数の電池管理手段を備えている。複数の電池管理手段はそれぞれ集積回路（ＩＣ）によって構成されている。複数の集積回路は、電気的に直列に接続された複数のリチウムイオン電池をいくつかのグループに分けたとき、そのグループのそれぞれに対応して設けられ、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池のそれぞれの電圧及び過充放電異常を検出すると共に、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池間に充電状態のバラツキがある場合には、所定の充電状態よりも大きなリチウムイオン電池を放電して、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池間の充電状態が揃うように、対応するグループが有する複数のリチウムイオン電池のそれぞれの状態を管理及び制御する。
【００３０】
バッテリ制御装置１１３０は、電池部１１１０の状態を管理及び制御すると共に、車両制御装置１８４０又はモータ制御装置１３４０に許容充放電量を通知して、電池部１１１０における電気エネルギーの出入りを制御する電子制御装置であり、状態検知手段を備えている。状態検知手段は、マイクロコンピュータやディジタルシグナルプロセッサなどの演算処理装置である。
【００３１】
バッテリ制御装置１１３０の状態検知手段１には、電池部１１１０の充放電電流を計測するための電流計測手段、電池部１１１０の充放電電圧を計測するための電圧計測手段及び電池部１１１０及びいくつかのリチウムイオン電池の温度を計測するための温度計測手段から出力された計測信号、セル制御装置１１２０から出力された、複数のリチウムイオン電池の端子間電圧に関する検出信号、セル制御装置１１２０から出力された異常信号、イグニションキースイッチの動作に基づくオンオフ信号、及び上位制御装置である車両制御装置１８４０又はモータ制御装置１３４０から出力された信号を含む複数の信号が入力されている。
【００３２】
バッテリ制御装置１１３０の状態検知手段は、それらの入力信号から得られた情報、予め設定された、リチウムイオン電池の特性情報及び演算に必要な演算情報を含む複数の情報に基づいて、電池部１１１０の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）及び劣化状態（ＳＯＨ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｈｅａｌｔｈ）などを検知するための演算、複数のリチウムイオン電池の充電状態をバランスさせるための演算、及び電池部１１１０の充放電量を制御するための演算を含む複数の演算を実行する。そして、バッテリ制御装置１１３０の状態検知手段は、それらの演算結果に基づいて、セル制御装置１１２０に対する指令信号、電池部１１１０の充放電量を制御するための許容充放電量に関する信号、電池部１１１０のＳＯＣに関する信号、及び電池部１１１０のＳＯＨに関する信号を含む複数の信号を生成して出力する。
【００３３】
また、バッテリ制御装置１１３０の状態検知手段は、セル制御装置１１２０から出力された異常信号に基づいて、第１正極及び負極リレー１４１０，１４２０を遮断するための指令信号、及び異常状態を通知するための信号を含む複数の信号を生成して出力する。
【００３４】
バッテリ制御装置１１３０及びセル制御装置１１２０は、信号伝送路によってお互いに信号の授受ができるようになっているが、電気的には絶縁されている。これは、お互いの動作電源が異なり、お互いに基準電位が異なるためである。このため、バッテリ制御装置１１３０及びセル制御装置１１２０の間を結ぶ信号伝送路上にはフォトカプラ、容量性結合素子、変圧器などの絶縁１１４０が設けられている。これにより、バッテリ制御装置１１３０及びセル制御装置１１２０は、お互いに基準電位の異なる信号を用いて信号伝送ができる。
【００３５】
バッテリ１１００に蓄積された電気エネルギーは、ＥＶ１０００を走行させる電動機駆動システムの駆動用電力として使用される。バッテリ１１００への電気エネルギーの蓄積は、電動機駆動システムの回生動作により生成された回生電力、或いは家庭向け商用電源から取り込んだ電力、若しくは電気スタンドから購入した電力により行われる。
【００３６】
家庭の商用電源１６００或いは電気スタンドの給電装置からバッテリ１１００を充電する場合、充電器１５００の外部電源接続端子に電気的に接続された電源ケーブルの先端の電源プラグ１５５０を商用電源１６００側のコンセント１７００に差し込み或いは電気スタンドの給電装置から延びる電源ケーブルを充電器１５００の外部電源接続端子に接続し、充電器１５００と商用電源１６００或いは電気スタンドの給電装置とを電気的に接続する。これにより、交流電力が商用電源１６００或いは電気スタンドの給電装置から充電器１５００に供給される。充電器１５００は、供給された交流電力を直流電力に変換し、かつバッテリ１１００の充電電圧に調整した後、バッテリ１１００に供給する。これにより、バッテリ１１００は充電される。
【００３７】
なお、電気スタンドの給電装置からの充電も基本的には家庭の商用電源１６００からの充電と同じように行われる。但し、家庭の商用電源１６００からの充電と電気スタンドの給電装置からの充電とでは、充電器１５００に供給される電流容量及び充電時間が異なり、電気スタンドの給電装置からの充電の方が、家庭の商用電源１６００からの充電よりも電流容量が大きく、かつ充電時間が速い、すなわち急速充電ができる。
【００３８】
充電器１５００は、家庭の商用電源１６００から供給された交流電力或いは電気スタンドの給電装置から供給された交流電力を直流電力に変換すると共に、この変換された直流電力をバッテリ１１００の充電電圧に昇圧してバッテリ１１００に供給する電力変換装置であり、交直変換回路１５１０、昇圧回路１５２０、駆動回路１５３０及び充電制御装置１５４０を主な構成機器として備えている。
【００３９】
交直変換回路１５１０は、外部電源から供給された交流電力を直流電力に変換して出力する電力変換回路であり、例えば複数のダイオード素子のブリッジ接続により構成され、外部電源から供給された交流電力を直流電力に整流するために設けられた整流回路、及び整流回路の直流側に電気的に接続され、整流回路の出力の力率を改善するために設けられた力率改善回路を備えている。交流電力を直流電力に変換する回路としては、ダイオード素子が逆並列に接続された複数のスイッチング半導体素子のブリッジ接続により構成された回路を用いても構わない。
【００４０】
昇圧回路１５２０は、交直変換回路１５１０（力率改善回路）から出力された直流電力をバッテリ１１００の充電電圧まで昇圧するための電力変換回路であり、例えば絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータにより構成されている。絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータは、変圧器、変圧器の一次側巻線に電気的に接続されると共に、複数のスイッチング半導体素子のブリッジ接続により構成され、交直変換回路１５１０から出力された直流電力を交流電力に変換して変圧器の一次側巻線に入力する変換回路、変圧器の二次側巻線に電気的に接続されると共に、複数のダイオード素子のブリッジ接続により構成され、変圧器の二次側巻線に発生した交流電力を直流電力に整流する整流回路、整流回路の出力側（直流側）の正極側に電気的に直列に接続された平滑リアクトル、整流回路の出力側（直流側）の正負極間に電気的に並列に接続された平滑コンデンサから構成されている。
【００４１】
充電制御装置１５４０は、充電器１５００によるバッテリ１１００の充電終始や、充電時に充電器１５００からバッテリ１１００に供給される電力、電圧、電流などを制御するために、車両制御装置１８４０から出力された信号や、バッテリ１１００の制御装置から出力された信号を受けて、昇圧回路１５２０の複数のスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号（例えばＰＷＭ（パルス幅変調）信号）を生成し、駆動回路１５３０に出力する電子回路装置であり、マイクロコンピュータなどの演算処理装置を含む複数の電子部品が回路基板に実装されることにより構成されている。
【００４２】
車両制御装置１８４０は、例えば充電器１５００の入力側の電圧を監視し、充電器１５００と外部電源の両者が電気的に接続されて充電器１５００の入力側に電圧が印加され、充電開始状態になったと判断した場合には、充電を開始するための指令信号を、バッテリ１１００の制御装置から出力されたバッテリ状態信号に基づいてバッテリ１１００が満充電状態になったと判断した場合には、充電を終了するための指令信号を、それぞれ充電制御装置１５４０に出力する。このような動作は、モータ制御装置１３４０或いはバッテリ１１００の制御装置が行ってもよいし、バッテリ１１００の制御装置と協調して充電制御装置１５４０が自ら行ってもよい。
【００４３】
バッテリ１１００の制御装置は、充電器１５００からバッテリ１１００に対する充電が制御されるように、バッテリ１１００の状態を検知してバッテリ１１００の許容充電量を演算し、この演算結果に関する信号を充電器１５００に出力する。
【００４４】
駆動回路１５３０は、充電制御装置１５４０から出力された指令信号を受けて、昇圧回路１５２０の複数のスイッチング半導体素子に対する駆動信号を発生し、複数のスイッチング半導体素子のゲート電極に出力する電子回路装置であり、スイッチング半導体素子や増幅器などの複数の電子部品が回路基板に実装されることにより構成されている。
【００４５】
なお、交直変換回路１５１０がスイッチング半導体素子によって構成されている場合には、充電制御装置１５４０から、交直変換回路１５１０のスイッチング半導体素子に対するスイッチング指令信号が駆動回路１５３０に出力され、駆動回路１５３０から、交直変換回路１５１０のスイッチング半導体素子に対する駆動信号が交直変換回路１５１０のスイッチング半導体素子のゲート電極に出力され、交直変換回路１５１０のスイッチング半導体素子のスイッチングが制御される。
【００４６】
ジャンクションボックス１４００の内部には第１及び第２正極側リレー１４１０，１４３０及び第１及び第２負極側リレー１４２０，１４４０が収納されている。
【００４７】
第１正極側リレー１４１０はインバータ装置１３００（パワーモジュール１３１０）の直流正極側とバッテリ１１００の正極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第１負極側リレー１４２０はインバータ装置１３００（パワーモジュール１３１０）の直流負極側とバッテリ１１００の負極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第２正極側リレー１４３０は充電器１５００（昇圧回路１５２０）の直流正極側とバッテリ１１００の正極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。第２負極側リレー１４４０は充電器１５００（昇圧回路１５２０）の直流負極側とバッテリ１１００の負極側との間の電気的な接続を制御するためのスイッチである。
【００４８】
第１正極側リレー１４１０及び第１負極側リレー１４２０は、モータジェネレータ１２００の回転動力が必要な運転モードにある場合及びモータジェネレータ１２００の発電が必要な運転モードにある場合に投入され、車両が停止モードにある場合（イグニションキースイッチが開放された場合）、電動駆動装置或いは車両に異常が発生した場合及び充電器１５００によってバッテリ１１００を充電する場合に開放される。一方、第２正極側リレー１４３０及び第２負極側リレー１４４０は、充電器１５００によってバッテリ１１００を充電する場合に投入され、充電器１５００によるバッテリ１１００の充電が終了した場合及び充電器１５００或いはバッテリ１１００に異常が発生した場合に開放される。
【００４９】
第１正極側リレー１４１０及び第１負極側リレー１４２０の開閉は、車両制御装置１８４０から出力される開閉指令信号によって制御される。第１正極側リレー１４１０及び第１負極側リレー１４２０の開閉は、他の制御装置、例えばモータ制御装置１３４０或いはバッテリ１１００の制御装置から出力される開閉指令信号によって制御しても構わない。第２正極側リレー１４３０及び第２負極側リレー１４４０の開閉は、充電制御装置１５４０から出力される開閉指令信号によって制御される。第２正極側リレー１４３０及び第２負極側リレー１４４０の開閉は、他の制御装置、例えば車両制御装置１８４０或いはバッテリ１１００の制御装置から出力される開閉指令信号によって制御しても構わない。
【００５０】
以上のように、ＥＶ１０００では、バッテリ１１００とインバータ装置１３００と充電器１５００との間に第１正極側リレー１４１０、第１負極側リレー１４２０、第２正極側リレー１４３０及び第２負極側リレー１４４０を設けて、それらの間の電気的な接続を制御するようにしているので、高電圧である電動駆動装置に対する高い安全性を確保できる。
【００５１】
図１は、本発明の一実施の形態によるシャーシフレーム１００を用いた電気自動車ＥＶの走行部分を示す図である。電気自動車のシャーシフレーム１００は、中間フレーム４００と、中間フレーム４００の車両前後方向（図のＦ方向、Ｒ方向）の両端部に連結されたサスペンションフレーム２００、３００とを有する。シャーシフレーム１００のフロント側サスペンションフレーム２００にはモータジェネレータ１２００、インバータ装置１３００など、電気自動車の走行用電動駆動装置が搭載される。中間フレーム４００にはバッテリ１６００が搭載される。バッテリ１６００は、たとえばリチウムイオンバッテリである複数の単電池をバッテリ筐体に収容してなり、数百ボルトの高電圧が出力可能である。シャーシフレーム１００の上面には車体構造体２０００が設けられ、車体構造体２０００に側面パネルなどを取り付けて車室空間が形成される。
【００５２】
サスペンションフレーム２００、３００にはサスペンション（図示省略）を介して車輪５００、５０２、５０４、５０６が取付けられるので、走行時に車輪とサスペンションから大きな負荷が加えられ、複雑な応力集中が生じる。そこで、本発明の実施形態によるシャーシフレーム１００では、以下に説明するように、サスペンションフレーム２００、３００を金属材料で構成し、中間フレーム４００を炭素繊維強化プラスチックで構成する。なお、車輪５００，５０２，５０４，５０６は、図９の駆動輪１８００に相当する。
【００５３】
図２〜図５を参照して、サスペンションフレーム２００，３００と中間フレーム４００の構造について説明する。図２はシャーシフレーム１００の斜視図、図３はシャーシフレーム１００の平面図、図４はシャーシフレーム１００の側面図、図５は組み立て前の分解図である。
【００５４】
フロント側サスペンションフレーム２００は、車両側部において前後方向に延在するサイドメンバ２０２、２０４と、左右のサイドメンバ２０２、２０４をメンバ端部間で連結するクロスメンバ２０６、２０８とを有し、フレーム状に形成されている。図２に示されているように、サイドメンバ２０２，２０４のリア側端部２０２Ａ，２０４Ａはクロスメンバ２０８よりリア側に突出している。この突出部２０２Ａ，２０４Ａは、中間フレーム４００とフロント側サスペンションフレーム２００とを連結する連結部として機能する。サイドメンバ２０２の車両内側面には電気配線用開口２５０が設けられている。フロント側サスペンションフレーム２００には、前輪サスペンション（図示省略）を装着するためのブラケット２１０、２１２が設けられている。
【００５５】
リア側サスペンションフレーム３００は、車両側部において前後方向に延在するサイドメンバ３０２、３０４と、左右のサイドメンバ３０２、３０４をメンバ端部間で連結するクロスメンバ３０６、３０８とを有し、フレーム状に形成されている。図２に示されているように、サイドメンバ３０２，３０４のフロント側端部３０２Ａ，３０４Ａはクロスメンバ３０６よりフロント側に突出している。この突出部３０２Ａ，３０４Ａは、中間フレーム４００とリア側サスペンションフレーム３００とを連結する連結部として機能する。リア側サスペンションフレーム３００にはサスペンション（図示省略）を装着するためのブラケット３１０、３１２が設けられている。
【００５６】
サイドメンバ２０２、２０４、３０２、３０４、クロスメンバ２０６、２０８、３０６、３０８は、金属材料、例えば、鉄鋼材料や、アルミニウム合金等の非鉄金属材料によりなる角パイプ（中空断面を有する）によって形成され、充分な強度が保証されるとともに、軽量化が図られている。
【００５７】
中間フレーム４００は、車両側部において前後方向に延在するサイドメンバ４０２、４０４と、左右のサイドメンバ４０２、４０４を中間２箇所で連結するクロスメンバ４０６、４０８と、クロスメンバ４０６、４０８を中央部で連結するサブメンバ４１８と有する。サイドメンバ４０２の車両内側面には電気配線用開口４５０が設けられている。クロスメンバ４０６、４０８上にはバッテリ１６００が載置、固定される。
【００５８】
サスペンションフレーム２００、３００に比較して、中間フレーム４００には複雑で大きな負荷は加わらないので、サイドメンバ４０２、４０４、クロスメンバ４０６、４０８、サブメンバ４１８は、サスペンションフレーム２００、３００の材料とは異なる軽量材料、例えば、炭素繊維強化プラスチックよりなる角パイプ（中空断面を有する。）によって一体成型されている。
【００５９】
サイドメンバ４０２のフロント側とリア側の両端部には締結部４１０、４１４がそれぞれ設けられ、サイドメンバ４０４のフロント側とリア側の両端部には締結部４１２、４１６がそれぞれ設けられている。中間フレーム４００は、締結部４１０、４１２において、フロント側サスペンションフレーム２００のサイドメンバ２０２、２０４にそれぞれ連結され、締結部４１４、４１６において、リア側サスペンションフレーム３００のサイドメンバ３０２、３０４にそれぞれ連結されている。
【００６０】
図５に示すように、サイドメンバ２０２、２０４、３０２、３０４、４０２、４０４には締結部材７００が貫通する貫通孔７０６があらかじめ穿設されている。また、図５には表示されていないが、クロスメンバ２０６、３０６、４０６、４０８には、サブメンバ４１８を装着するための締結部材７００が貫通する同様の貫通孔７０６が穿設されている。
【００６１】
サイドメンバ４０２、４０４のフロント側締結部４１０，４１２には、フロント側サスペンションフレーム２００のサイドメンバ２０２，２０４のリア側端部２０２Ａ，２０４Ａが挿入され、フロント側サスペンションフレーム２００が貫通孔７０６を介してリベット７００で連結されている。リア側サスペンションフレーム３００ぼサイドメンバ４０２、４０４のリア側端部４１４，４１６には、サイドメンバ３０２，３０４のフロント側端部３０２Ａ，３０２Ａが挿入され、リア側サスペンションフレーム３００が貫通孔７０６を介してリベット７００で連結されている。
【００６２】
サブメンバ４１８のフロント側端部はフロント側サスペンションフレーム２００のリア側クロスメンバ２０６に貫通孔７０６を介してリベット７００で締結され、リア側端部はリア側サスペンションフレーム３００のフロント側クロスメンバ３０６に貫通孔７０６を介してリベット７００で締結されている。サブメンバ４１８は、クロスメンバ４０６、４０８を相互に連結することによって、中間フレーム４００の下方への撓みに対する強度、剛性を高め、さらに、サスペンションフレーム２００、３００によって両端部が支持されつつ、クロスメンバ４０６、４０８を補強する。
【００６３】
図６および図７を参照して締結部４１０〜４１６とサスペンションフレーム２００，３００との連結構造についてさらに詳細に説明する。連結構造は、締結部４１０〜４１６とも同様に構成されているので、締結部４１６の連結構造のみを代表的に説明する。
【００６４】
中間フレーム４００のサイドメンバ４０４には、リア側サスペンションフレーム３００のサイドメンバ３０４が挿入され、リベット７００で相互に固着されている。詳細には、サイドメンバ４０４の連結部４１６にはサイドメンバ３０４の突出部３０４Ａが嵌入され、サイドメンバ３０４の上下外面とサイドメンバ４０４上下内面との間に、それぞれライナ７０２、７０４を挿入して、サイドメンバ３０４と４０４とがリベット７００で締結されている。締結部材７００は、ライナ７０２、７０４を貫通しており、ライナ７０２、７０４のずれ、脱落を防止している。ライナ７０２、７０４は、例えば、非鉄金属、プラスチックによって形成され、サイドメンバ３０４との接触によるサイドメンバ４０４の損耗、損傷が防止されている。さらに、サイドメンバ３０４、４０４の側面もリベット７００によって相互に強固に締結されている。
【００６５】
このような嵌合・締結によって、中間フレーム４００とサスペンションフレーム２００、３００とは相互に強固に締結される。したがって、本発明によるシャーシフレーム１００は、全体として、充分な強度を備え、かつ軽量化を実現している。
【００６６】
シャーシフレームの組み立て手順について説明する。
サスペンションフレーム２００、３００、および中間フレーム４００をそれぞれ製作する。中間フレーム４００の両端部に、サスペンションフレーム２００、３００をそれぞれ挿入し、リベット７００で各メンバを締結する。フロント側サスペンションフレーム２００のブラケット２１０、２１２に前輪サスペンションを取付け、リア側サスペンションフレーム３００のブラケット３１０、３１２に前輪サスペンションを取付ける。フロントサスペンションによって前輪５００、５０２の車軸を装着し、リアサスペンションによって後輪５０４、５０６の車軸を装着する。
【００６７】
シャーシフレーム１００の上面には不図示の車体構造体が設けられ、車体構造体に側面パネルなどを取り付けて車室空間が形成される。シャーシフレーム１００のフロント側サスペンションフレーム２００に不図示の駆動用モータ、インバータなど、電気自動車の駆動系を搭載し、中間フレーム４００にバッテリ１６００を搭載する。図８に示すように、バッテリ１６００とインバータなどの駆動系電気回路とを電気配線８００で接続する。フロンと側サスペンションフレーム２００のサイドフレーム２０２の車両内側面には、電気配線用開口２５０が設けられている。また、中間フレーム４００のサイドフレーム４０２の車両内側面にも電気配線用開口４５０が設けられている。電気配線８００は、サイドメンバ２０２の開口２５０からサイドメンバ中空部に挿入され、サイドフレーム４０２の中空部を引き回され、サイドメンバ４０２の開口４５０からサイドメンバ外に引き出され、バッテリ１６００に接続される。
【００６８】
電動駆動装置とバッテリ１６００の電気配線８００をサイドメンバの中空空間内を引き回すようにしたので、電気配線８００を引き回すスペース効率が向上する。
【００６９】
以上の実施形態を以下のように変形して実施することもできる。
（１）中間フレーム４００とフロント側およびリア側サスペンションフレーム２００，３００とを締結する締結部材としてリベットを使用したが、ボルト・ナット、その他の締結手段を採用してもよい。サブフレーム４１８と中間フレーム４００との締結、サブフレーム４１８とフロント側およびリア側サスペンションフレーム２００，３００との締結について同様であり、ボルト・ナット、その他の締結手段を採用してもよい。
【００７０】
（２）中間フレーム４００を炭素繊維強化プラスチックで成型するものとしたが、アラミド繊維強化プラスチックなど機械的強度が保証できる繊維強化プラスチックであれば、その他の素材を用いてもよい。
【００７１】
（３）中間フレーム４００の各メンバを一体成形するものとしたが、各メンバを別々に成型し、それらをリベットやボルトで締結してもよい。サブメンバ４１８のみ別部材とし、中間フレーム４００、フロント側サスペンションフレーム２００、およびリア側サスペンションフレーム３００に締結してもよい。
なお、サブフレーム４１８を省略してもよい。
【００７２】
（４）サスペンションフレーム３００は、主に上下方向に大きな負荷を受けるため、ライナ７０２、７０４をサイドメンバ３０４の上下に配置した。しかしながら、負荷状況に応じて、上側または下側のみにライナを設けてもよい。あるいは、サイドメンバ３０４の側面の両方または一方にライナを設けてもよい。
【００７３】
（５）サブメンバ４１８を車両前後方向に延在させず、斜め方向に延在させても良い。クロスメンバを増設してサブメンバを省略してもよい。
【００７４】
以上説明した実施形態はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。したがって、中間フレーム４００，フロント側およびリア側サスペンションフレーム２００、３００の構造も実施の形態に限定されない。
【符号の説明】
【００７５】
１００ シャーシフレーム
２００、３００ サスペンションフレーム
２０２，２０４、３０２、３０４ サイドメンバ
２０６、２０８、３０６、３０８ クロスメンバ
４００ 中間フレーム
４０２，４０４ サイドメンバ
４０６、４０８ クロスメンバ
４１０、４１２、４１４、４１６ 締結部
４１８ サブメンバ
５００、５０２、５０４、５０６ 車輪
８００ 電気配線
１０００ 電気自動車
１６００ バッテリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料によって形成されたフロント側およびリア側の一対のサスペンションフレームと、
繊維強化プラスチックで形成され、フロント側およびリア側端部にフロント側およびリア側サスペンションフレームがそれぞれ連結される中間フレームとを備え、
前記一対のサスペンションフレームのそれぞれは、車両両側で車両前後方向に延在するサイドメンバと、該サイドメンバを互いに連結するクロスメンバと、サスペンションを取付けるサスペンション取付部とを備え、
前記中間フレームは、車両両側で車両前後方向に延在する中空断面のサイドメンバと、該サイドメンバを互いに連結するクロスメンバとを備え、
前記中間フレームの各サイドメンバのフロント側およびリア側端部は連結部とされ、その連結部には、前記一対のサスペンションフレームのサイドメンバがそれぞれ車両前後方向両端部から挿入され、相互に締結部材で締結されていることを特徴とするシャーシフレーム。
【請求項２】
請求項１記載のシャーシフレームにおいて、
前記中間フレームの各メンバは炭素繊維強化プラスチックで成型されていることを特徴とするシャーシフレーム。
【請求項３】
請求項１または２記載のシャーシフレームにおいて、
前記中間フレームのクロスメンバは、少なくとも一対のクロスメンバを含み、
前記中間フレームは、前記一対のクロスメンバの中央部分で中間フレームを補強するサブメンバをさらに備えることを特徴とするシャーシフレーム。
【請求項４】
請求項３記載のシャーシフレームにおいて、
前記サブメンバは車両前後方向に延在し、
前記フロント側サスペンションフレームのクロスメンバは、少なくとも一対のクロスメンバを含み、
前記リア側サスペンションフレームのクロスメンバは、少なくとも一対のクロスメンバを含み、
前記サブメンバのフロント側端部は前記フロント側サスペンションフレームのリア側クロスメンバに締結され、
前記サブメンバのリア側端部は前記リア側サスペンションフレームのフロント側クロスメンバに締結されていることを特徴とするシャーシフレーム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシャーシフレームにおいて、
前記中間フレームのサイドメンバは炭素繊維強化プラスチックで成型された角形パイプであり、
前記角形パイプに挿入される前記サスペンションフレームのサイドメンバは前記角形パイプと相似形状を呈し、
前記中間フレームの連結部において、前記中間フレームのサイドメンバの上下内周面と前記サスペンションフレームのサイドメンバの上下外周面との間にはライナが設けられ、
前記ライナは前記締結部材により共締めされていることを特徴とするシャーシフレーム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシャーシフレームと、
前記フロント側サスペンションフレームおよびリア側サスペンションフレームのいずれか一方に搭載される走行用電動駆動装置と、
前記中間フレームに搭載され、前記走行用電動駆動装置に電力を供給するバッテリと、
前記バッテリと前記走行用電動駆動装置とを電気的に接続する電気配線とを備えることを特徴とする電気自動車。
【請求項７】
請求項６記載の電気自動車において、
前記走行用電動駆動装置が搭載される前記サスペンションフレームのサイドメンバは筒状に形成され、前記電気配線は、筒状内部の中空空間内と前記中間フレームのサイドメンバの中空空間内を引き回して配線されていることを特徴とする電気自動車。
【請求項１】
金属材料によって形成されたフロント側およびリア側の一対のサスペンションフレームと、
繊維強化プラスチックで形成され、フロント側およびリア側端部にフロント側およびリア側サスペンションフレームがそれぞれ連結される中間フレームとを備え、
前記一対のサスペンションフレームのそれぞれは、車両両側で車両前後方向に延在するサイドメンバと、該サイドメンバを互いに連結するクロスメンバと、サスペンションを取付けるサスペンション取付部とを備え、
前記中間フレームは、車両両側で車両前後方向に延在する中空断面のサイドメンバと、該サイドメンバを互いに連結するクロスメンバとを備え、
前記中間フレームの各サイドメンバのフロント側およびリア側端部は連結部とされ、その連結部には、前記一対のサスペンションフレームのサイドメンバがそれぞれ車両前後方向両端部から挿入され、相互に締結部材で締結されていることを特徴とするシャーシフレーム。
【請求項２】
請求項１記載のシャーシフレームにおいて、
前記中間フレームの各メンバは炭素繊維強化プラスチックで成型されていることを特徴とするシャーシフレーム。
【請求項３】
請求項１または２記載のシャーシフレームにおいて、
前記中間フレームのクロスメンバは、少なくとも一対のクロスメンバを含み、
前記中間フレームは、前記一対のクロスメンバの中央部分で中間フレームを補強するサブメンバをさらに備えることを特徴とするシャーシフレーム。
【請求項４】
請求項３記載のシャーシフレームにおいて、
前記サブメンバは車両前後方向に延在し、
前記フロント側サスペンションフレームのクロスメンバは、少なくとも一対のクロスメンバを含み、
前記リア側サスペンションフレームのクロスメンバは、少なくとも一対のクロスメンバを含み、
前記サブメンバのフロント側端部は前記フロント側サスペンションフレームのリア側クロスメンバに締結され、
前記サブメンバのリア側端部は前記リア側サスペンションフレームのフロント側クロスメンバに締結されていることを特徴とするシャーシフレーム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシャーシフレームにおいて、
前記中間フレームのサイドメンバは炭素繊維強化プラスチックで成型された角形パイプであり、
前記角形パイプに挿入される前記サスペンションフレームのサイドメンバは前記角形パイプと相似形状を呈し、
前記中間フレームの連結部において、前記中間フレームのサイドメンバの上下内周面と前記サスペンションフレームのサイドメンバの上下外周面との間にはライナが設けられ、
前記ライナは前記締結部材により共締めされていることを特徴とするシャーシフレーム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシャーシフレームと、
前記フロント側サスペンションフレームおよびリア側サスペンションフレームのいずれか一方に搭載される走行用電動駆動装置と、
前記中間フレームに搭載され、前記走行用電動駆動装置に電力を供給するバッテリと、
前記バッテリと前記走行用電動駆動装置とを電気的に接続する電気配線とを備えることを特徴とする電気自動車。
【請求項７】
請求項６記載の電気自動車において、
前記走行用電動駆動装置が搭載される前記サスペンションフレームのサイドメンバは筒状に形成され、前記電気配線は、筒状内部の中空空間内と前記中間フレームのサイドメンバの中空空間内を引き回して配線されていることを特徴とする電気自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１１１１４１（Ｐ２０１１−１１１１４１Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７２３０８（Ｐ２００９−２７２３０８）
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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