CN101304901A - 用于高压电缆的保护结构 - Google Patents

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井上由香里
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Abstract

一种用于高压电缆的保护结构，具有：升压转换器(63)和后逆变器(67)，二者布置成彼此分开；电缆(71)，在升压转换器(63)与后逆变器(67)之间延伸；保护器(21)，设在电缆(71)延伸所沿路径的至少一部分中；柔性管，在保护器(21)内侧围绕电缆(71)并沿电缆(71)延伸所沿的方向自由弯曲。在向电缆(71)施加外力时，保护器(21)和柔性管使该力减小。这种保护结构防止了车辆碰撞中向电缆施加过度的冲击。

Description

用于高压电缆的保护结构
技术领域
本发明一般地涉及用于高压电缆的保护结构，更具体地说，涉及在安装于车辆中的电子元件之间延伸的高压电缆的保护结构。
背景技术
对于传统的高压电缆保护结构，例如，日本专利申请公开No.2005-104387和2005-104386中公开了一种用于混合动力车辆的驱动设备，用于在车辆碰撞的情况下通过避免供电电缆的断裂、破坏等情况来改善车辆的安全性。
在日本专利申请公开No.2005-104387中，供电电缆将发电电动机的定子线圈与逆变器连接，并穿过地板通道延伸。容纳变速器的齿轮箱在表面上设有两个加强肋。两个加强肋之间形成容纳了供电电缆的电缆容纳槽。齿轮箱设有保护罩，以覆盖电缆容纳槽。
另一方面，在日本专利申请公开No.2005-104386中，供电电缆沿着齿轮箱设置。齿轮箱设有保护罩以覆盖供电电缆。在日本专利申请公开No.2005-104387中，供电电缆的周边由电缆容纳槽的表面和保护罩包围；在日本专利申请公开No.2005-104386中，供电电缆的周边由齿轮箱的表面和保护罩包围。
此外，日本专利申请公开No.2004-82940公开了一种用于车辆的电能转换设备，意图将PCU(动力控制单元)布置在发动机室内，以尽可能地抑制其与安装在车辆中的其他部件发生干涉。PCU包括逆变器和转换器。在日本专利申请公开No.2004-82940中，布置在发动机室内的PCU由电缆连接到具有不同电压的两个电源，并连接到电动发电机。
在上述日本专利申请公开No.2005-104387和2005-104386中，在车辆碰撞的情况下供电电缆发生弯曲的方向是由设在齿轮箱表面和保护罩中的电缆容纳槽来预先确定的。这使得供电电缆不能被夹在齿轮箱与车体之间。但是在此情况下，必须确保齿轮箱表面上的空间，以使供电电缆能够向旁边移动。在不能确保这种空间的车辆中，在车辆发生碰撞的情况下，会不可避免对供电电缆施加过度的冲击。
发明内容
本发明的一个目的是解决上述问题，并提供一种用于高压电缆的保护结构，该结构防止了在车辆碰撞的情况下对供电电缆施加过度冲击。
根据本发明的一种用于高压电缆的保护结构包括：第一电气元件和第二电气元件，安装于车辆中并布置成彼此分开；电缆，在第一电气元件与第二电气元件之间延伸；树脂模制保护器，设在电缆延伸所沿路径的至少一部分中；管部件，在树脂模制保护器内侧围绕电缆的周边，并沿电缆延伸所沿着的方向自由弯曲。在向电缆施加外力时，外力被树脂模制保护器和管部件减小。
根据具有这样构造的用于高压电缆的保护结构，外力被树脂模制保护器和管部件减小。因此，即使车辆对于在电缆路径上确保一定空间有难度，也可以防止车辆碰撞时向电缆施加过度的冲击。此外，由于由树脂模制保护器和设有树脂模制保护器的部分的管部件提供了两个保护，所以可以更加有效地减小对电缆的冲击。
优选地，电缆的整个周边被上述部分中的树脂模制保护器围绕。
优选地，树脂模制保护器具有的强度高于管部件的强度。
优选地，电缆设置成沿着电缆在树脂模制保护器内延伸的方向是可动的。
优选地，树脂模制保护器具有主体和盖体，主体中形成有开口并容纳电缆，开口沿电缆的延伸方向开启，盖体安装到主体以关闭开口。
此外，在与第一电气元件和第二电气元件沿大体水平方向分开的位置处，设有构成车辆并且为刚性体的部件。树脂模制保护器布置在第一电气元件和第二电气元件二者中至少一者与该部件之间。
如上所述，根据本发明，可以提供一种用于高压电缆的保护结构，该结构防止了车辆碰撞的情况下向电缆施加过度的冲击。
附图说明
图1是安装砸混合动力车辆中的高压系统的框图。
图2是混合动力车辆的平面图，本发明第一实施例中用于高压电缆的保护结构应用于该车辆。
图3是发动机室内部沿图2中III-III线的侧视图。
图4是保护器沿图3中IV-IV线所取的剖视图。
图5的剖视图示出图4所示保护器的一种变更形式。
图6是混合动力车辆的平面图，本发明第二实施例中用于高压电缆的保护结构应用于该车辆。
图7是混合动力车辆的平面图，本发明第三实施例中用于高压电缆的保护结构应用于该车辆。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的实施例进行说明，在附图中，相同或相应的部件由相同的数字标记。
[第一实施例]
图1是安装在混合动力车辆中的高压系统的框图。本发明第一实施例中用于高压电缆的保护结构被应用到混合动力车辆，该车辆由内燃机(例如汽油机或柴油机)以及可充放电的二次电池提供动力。
参考图1，该混合动力车辆装有二次电池51、前电动发电机52、前逆变器单元61、后电动发电机53、以及后逆变器单元66。前逆变器单元61容纳升压转换器63和前逆变器62。后逆变器单元66容纳了后逆变器67。
二次电池51和升压转换器63由电缆83连接。升压转换器63和前逆变器62由前逆变器单元61内的电缆84连接。升压转换器63和后逆变器67由电缆71连接。电缆83、84和71各自由正电缆和负电缆形成。
前逆变器62和前电动发电机52由电缆81连接。后逆变器67和后电动发电机53由电缆82连接。电缆81和82由三相电缆形成，所述三相电缆包括U相、V相和W相电缆。
图2是混合动力车辆的平面图，本发明第一实施例中用于高压电缆的保护结构应用于该混合动力车辆。参考图1和图2，装有发动机11的发动机室13形成于混合动力车辆中。发动机室13形成于车辆的前侧。发动机室13形成于前保险杠16与前围板(dashboard panel)17之间。前围板17将发动机室13与车辆内部分隔开。
在发动机室13中，设有彼此隔开的前逆变器单元61和后逆变器单元66。前逆变器单元61和后逆变器单元66沿车辆宽度方向并排布置。后逆变器单元66和发动机11在车辆宽度方向上相邻并彼此隔开。前逆变器单元61布置在与侧面车体18相邻的位置。前逆变器单元61布置在后逆变器单元66与侧面车体18之间。
在发动机室13中，还设有作为刚性体部件的制动致动器12。制动致动器12布置在前围板17与前逆变器单元61和后逆变器单元66之间。制动致动器12以及前逆变器单元61和后逆变器单元66二者沿车辆移动方向并排布置并彼此分开。制动致动器12和发动机沿车辆宽度方向并排布置，并彼此隔开。
前电动发电机52具有例如下述功能：支持发动机的输出，以增强前轮的驱动动力；以及在减速过程中通过再生制动来产生电能。前电动发电机52布置在紧邻发动机11的下方。后电动发电机53具有例如下述功能：对后轮胎进行驱动；以及在减速过程中通过再生制动来产生电能。后电动发电机53设在车辆后侧的后轮胎车轴上。
二次电池51具有例如下述功能：在起动时、加速过程中、在上坡行驶等时候向前电动发电机52和后电动发电机53供应电能；在减速过程中储存由前电动发电机52和后电动发电机53以再生方式产生的电能。二次电池51不受具体限制，只要它是可充放电的电池即可，例如可以是镍氢电池或锂离子电池。
二次电池51例如布置在设置于车辆的行李室中。二次电池51例如可以布置在前座椅或后座椅下方、中央控制台下方等，其中所述中央控制台设置于前座椅中的驾驶员座椅与乘客座椅之间。在车辆具有三排座椅的情况下，二次电池51可以布置在第二座椅或第三座椅下方。
升压转换器63具有例如下述功能：对从二次电池51向前逆变器62或后逆变器63输入的电力进行升压、以及把从这些逆变器向二次电池51输入的电压降低等。前逆变器62和后逆变器67具有例如下述功能：将经过升压转换器63升压的直流电转换成用于驱动电动机的交流电；已经将发电机产生的交流电转换成对二次电池51进行充电的直流电。
经过升压转换器63升压的电流，即流入电缆81、84、71和82的电流，具有不小于500V的电压。经过升压转换器63升压的电流可以具有不小于650V的电压。二次电池51与升压转换器63之间流动的电流，即流入电缆63的电流，具有不小于200V的电压。
制动致动器12根据来自刹车(skid)控制计算机的控制信号来调节对各个轮缸施加的制动压力，以控制各个车轮的转动状态，并根据各种控制(例如ABS(防抱死制动系统)、牵引控制、制动辅助等)来改变液压回路。
图3是沿图2中的III-III线所取的发动机室内侧的侧视图。参考图2和图3，前逆变器单元61和后逆变器单元66分别具有朝向制动致动器12的侧面61b和66b。侧面61b和66b朝向相同方向。
连接于升压转换器63与逆变器67之间的电缆71从前逆变器单元61的侧面61b延伸到后逆变器单元66的侧面66b。电缆71穿过制动致动器12与前逆变器单元61和后逆变器单元66二者之间的空间。
前逆变器单元61和后逆变器单元66通过板31和32彼此耦合。布置在朝向制动致动器12的位置处的板31设有保护器固定座33。保护器固定座33可以设置为与板31分开的部件，也可以设置为与板31一体的部件。在本实施例中，板31和保护器座椅33用作保护器固定部件。
保护器21固定到保护器固定座33。保护器21是用聚丙烯、聚乙烯、尼龙、丁基橡胶、氟树脂等通过树脂模制而形成的。保护器21具有圆筒形状。电缆71被插入保护器21中。保护器21被设置在升压转换器63与后逆变器67之间的、电缆71延伸穿过的一段区域中。
保护器21具有刚性，使之至少在将电缆71插入其中时不可形变。在设有保护器21的区域中，电缆71延伸所沿的路径由保护器21来确定。换句话说，保护器21的形状是根据要设定的电缆71路径来确定的。
在本实施例中，保护器21设在侧面61b与侧面66b之间的、电缆71延伸穿过的一段区域中。保护器21的一端21p位置离侧面61b一段预定距离，另一端21q位侧面66b一段预定距离。这一端21p的位置高于所述另一端21q。保护器21延伸为在一端21p与另一端21q之间弯曲。在保护器21具有这种形状的情况下，电缆71的路径被限定为沿着垂直向下的方向、从侧面61b向侧面66b定向。
保护器21被设置成围绕着电缆71的整个周边。保护器21布置在制动致动器12与前逆变器单元61和后逆变器单元66二者之间的空间中。保护器21布置在与对混合动力车辆的驱动进行支持的功能部件隔开的位置处，这些部件例如前逆变器单元61、后逆变器单元66和制动致动器12。
图4是保护器沿图3中IV-IV线所取的剖视图。参考图4，图中示出了构成电缆71的正电缆72和负电缆73。正电缆72和负电缆73各自由涂有未示出的绝缘膜的成束金属线形成。正电缆72和负电缆73设有柔性管75，柔性管75围绕着保护器21内侧各个电缆的周边。柔性管75设置成比保护器21更长的一段。柔性管75设置在升压转换器63与后逆变器67之间。
柔性管75是中空管，其表面上形成有波纹(bellow)。柔性管75由树脂材料(例如聚丙烯)制成。柔性管75与保护器21一同用来减小对电缆71施加的冲击，还用来保护电缆71免受振动并避免电缆71与其他部件之间发生干涉。
保护器71具有比柔性管75更高的强度。保护器21和柔性管75的强度是以如下方式测量的。首先，制备具有相同长度(即，沿着所插入的电缆71延伸方向的长度)的保护器21和柔性管75，并对其两端进行支撑。向保护器21和柔性管75的受到支撑的末端之间各自的中心施加相同大小的力。在施加力的位置处测量保护器21和柔性管75的挠度量(deflectionvolume)。此时，保护器21的挠度量小于柔性管75的挠度量。保护器21和柔性管75的强度差异可以根据其材料差异或其形状差异来求得。
尽管至少在电缆71被插入时，保护器21不可形变，但在电缆插入其中的情况下，柔性管75沿着电缆71的延伸方向自由弯曲。即，电缆71延伸所沿的路径不是由柔性管75确定的。
保护器21具有主体22和盖体23，主体22中形成有开口22h，盖体23安装到主体22以封闭开口22h。主体22形成了容纳电缆71的空间24。开口22h沿着电缆71的延伸方向连续地开启。沿着电缆71的延伸方向开启的开口22h形成于保护器21中。通过使树脂模制元件啮合来将主体22和盖体23相互固定。保护器21具有大体上矩形的截面形状，该形状在垂直方向上较短而在水平方向上较宽。开口22h沿着大体上矩形截面形状的较长边开启。
电缆71设置成沿着电缆71在保护器21内侧延伸的方向可移动。保护器21的内壁与电缆71之间确保了间隙。
在混合动力车辆的制造过程中，操作员用电缆71将升压转换器63与后逆变器67相连，然后将保护器21安装到电缆71。此时，操作员首先在电缆71的适当位置处设置主体22，其中适当位置是操作员容易安装主体22的位置，然后将盖体23安装到主体22。随后，操作员使保护器21沿电缆71的延伸方向滑动，并将保护器21移动至图2和图3所示要设置的位置处。最后，操作员将保护器21固定到保护器固定座33，从而完成保护器21的安装操作。
具体地说，本发明第一实施例中用于高压电缆的保护结构的安装方法包括给电缆71设置保护器21的步骤，以及使保护器21沿电缆71的延伸方向滑动的步骤。
图5是示出了图4所示保护器一种变更形式的剖视图。参考图5，在这种变更形式中，保护器21具有大体上矩形的截面形状，该截面形状沿垂直方向较短，沿水平方向较长。开口22h沿大体上矩形截面形状的较短变开启。通过这种构造，与图4所示保护器21相比，开口22h可以具有较小的开启区域。由此可以提高保护器21的强度。
保护器21具有主体22和盖体23，主体22中形成有开口22h，盖体23安装到主体22以封闭开口22h。保护器21经由第一边较长而第二边较短的截面形状。开口22h形成为沿第二变开启。
本发明第一实施例中用于高压电缆的保护结构包括：升压转换器63和后逆变器67，作为安装在混合动力车辆中的第一和第二电气元件并布置成彼此隔开，所述混合动力车辆作为车辆；电缆71，在升压转换器63与后逆变器67之间延伸；保护器21，作为树脂模制保护器，设置在电缆71延伸所沿路径的至少一部分中；以及柔性管75，作为管部件，围绕保护器21内侧的电缆71周边并沿电缆71的延伸方向自由弯曲。在向电缆71施加外力时，该外力被保护器21和柔性管75减小。
保护器21作为树脂模制保护器，限定了在上述部分中延伸的电缆71所沿的路径。
根据本发明第一实施例中用于高压电缆的保护结构，通过这种构造，在电缆71夹在前逆变器单元61与制动致动器12之间或后逆变器单元66与制动致动器12之间时，在车辆碰撞的情况下，由保护器21和柔性管75形成的双结构能够防止给电缆71施加过度的力。因此，在本实施例中，不需要在发动机室13内确保空间来使电缆71能够在车辆碰撞时向旁边移动，因此即使在电缆71安装在空间受到显著限制的发动机室13中的情况下，电缆71也能够得到适当的保护。
此外，在本实施例中，保护器21被设置为围绕着电缆71的整个周边。因此，即使在保护器21布置在与前逆变器单元61隔开的位置处时，保护器21也能够可靠地保护电缆71免受从保护器21各侧施加的冲击。因此，电缆71的路径不限于沿着侧面61b和66b的表面以及制动致动器12表面的路径，而可以在发动机室13内的开放空间中自由设置。换句话说，不必在前逆变器单元61、后逆变器单元66和制动致动器12附近确保用于布置电缆71的空间，因而可以有效地节省发动机室13内的空间。
尽管在本实施例中，保护器21只设置在电缆71延伸所沿路径的一部分中，但保护器21也可以设置在电缆71延伸所沿路径的所有部分中。
此外，尽管在本实施例中，本发明被应用于由内燃机和二次电池提供动力的混合动力车辆中，但本发明不限于此。本发明还可以适用于由染料电池和二次电池提供动力的燃料电池混合动力车辆(FCHV)或电动车辆(EV)中。在本实施例的混合动力车辆中，内燃机在最佳燃料效率的工作点处受到驱动，而在燃料电池混合动力车辆中，燃料电池在最佳电能再生效率的工作点处受到驱动。砸这两种混合动力车辆中，二次电池基本上以相同方式使用。
此外，通过化学变化等方式自己产生电力的二次电池51还可以被电能储存设备代替，所述电能储存设备(例如电容器等)储存了从外部提供的电能。
电容器指电双层(electric double layer)电容器，电双层电容器基于活性碳与电解质溶液之间界面处形成的电双层的工作原理。在使以固体形式使用的活性碳和以液体形式使用的电解质溶液(稀硫酸溶液)彼此接触时，正负电极被相对分配在该界面处，正负电极之间距离非常短。在将一对电极进入含离子的溶液中、以不造成电解的程度向其施加电压时，离子被吸附到各个电极的表面上，正电和负电得到储存(即充电)。在向外释放电力时，正负离子从电极分离，因而电极回到中性状态(即放电)。
[第二实施例]
图6是混合动力车辆的平面图，本发明第二实施例中用于高压电缆的保护结构应用于该车辆。本实施例中用于高压电缆的保护结构具有与第一实施例中用于高压电缆的保护结构基本相似的结构。下文中将不再重复对相同元件的说明。
参考图6，前逆变器单元61和后逆变器单元66分别具有彼此面对的侧面61c和66c。侧面61c和66c朝向车辆的宽度方向。在本实施例中，连接于升压转换器63与后逆变器67之间的电缆71从前逆变器单元61的侧面61c向后逆变器单元66的侧面66c延伸。电缆71穿过前逆变器单元61与后逆变器单元66之间的空间。
保护器21固定到设置于侧面61c与66c之间的保护器固定座33。电缆71被插入保护器21中。保护器21限定了电缆71在侧面61c与66c之间延伸所沿的路径。
根据本发明第二实施例中用于高压电缆的保护结构，通过这样的构造，即使电缆71被夹在前逆变器单元61与后逆变器单元66之间，也可以获得与第一实施例中所述效果类似的效果。
[第三实施例]
图7是混合动力车辆的平面图，本发明第三实施例中用于高压电缆的保护结构应用于该车辆。本实施例中用于高压电缆的保护结构具有与第一实施例中用于高压电缆的保护结构基本相似的结构。下文中将不再重复对相同元件的说明。
参考图7，连接于后逆变器67与后电动发电机53之间的电缆82从后逆变器单元66的侧面66b向车辆后侧延伸。电缆82穿过由制动致动器12、发动机11和后逆变器单元66所包围的位置。
保护器21固定到保护器固定座33，保护器固定座33设置在由制动致动器12、发动机11和后逆变器单元66所围绕的位置。电缆82被插入保护器21中。保护器21限定了电缆82在由制动致动器12、发动机11和后逆变器单元66所围绕的位置处延伸所沿的路径。
根据本发明第三实施例中用于高压电缆的保护结构，通过这样的构造，可以获得与第一实施例中所述效果类似的效果。
注意，本发明中的电缆不限于第一至第三实施例中所述的电缆71和82，也可以是图1所示的电缆81和83。此外，在升压转换器63和前逆变器62分开设置的情况下，本发明中的电缆可以是连接在升压转换器63与前逆变器62之间的电缆84。此外，树脂模制保护器的布置位置也不限于第一至第三实施例中所述的位置，而可以例如布置在图2中发动机11与后逆变器单元66之间的空间中、前保险杠16与前逆变器单元61和后逆变器单元66二者之间的空间、前逆变器单元61与侧面车体18之间的空间等中。
本申请中公开的实施例在所有方面都是示例性而不应解释为限制性的。本发明的范围不是由上述说明，而是由权利要求来限定，并应当理解为包括了权利要求的含义及其等同范围内的所有变更形式。
工业应用性
本发明主要可应用于对安装于混合动力车辆中的高压系统的电缆提供保护。

Claims (6)

1.一种用于高压电缆的保护结构，包括：
第一电气元件(63)和第二电气元件(67)，安装于车辆中并布置成彼此分开；
电缆(71)，在所述第一电气元件(63)与所述第二电气元件(67)之间延伸；
树脂模制保护器(21)，设在所述电缆(71)延伸所沿着的路径的至少一部分中；和
管部件(75)，在所述树脂模制保护器(21)内侧围绕所述电缆(71)的周边，并沿所述电缆(71)延伸所沿着的方向自由弯曲，
在向所述电缆(71)施加外力时，所述外力被所述树脂模制保护器(21)和所述管部件(75)减小。
2.根据权利要求1所述的用于高压电缆的保护结构，其中，所述电缆(71)的整个周边被所述部分中的所述树脂模制保护器(21)围绕。
3.根据权利要求1所述的用于高压电缆的保护结构，其中，所述树脂模制保护器(21)具有的强度高于所述管部件(75)的强度。
4.根据权利要求1所述的用于高压电缆的保护结构，其中，所述电缆(71)设置成：可在所述树脂模制保护器(21)内沿着所述电缆(71)延伸的方向运动。
5.根据权利要求1所述的用于高压电缆的保护结构，其中，所述树脂模制保护器(21)具有主体(22)和盖体(23)，所述主体中形成有开口(22h)并容纳所述电缆(71)，所述开口沿所述电缆(71)的延伸方向开启，所述盖体(23)安装到所述主体(22)以关闭所述开口(22h)。
6.根据权利要求1所述的用于高压电缆的保护结构，其中，
在与所述第一电气元件(63)和第二电气元件(67)沿大体水平方向分开的位置处，设有构成所述车辆并且为刚性体的部件(12)，并且
所述树脂模制保护器(21)布置在所述第一电气元件(63)和第二电气元件(67)二者中至少任一者与所述部件(12)之间。
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