JP2007134162A - コネクタの組付け構造、電気機器ユニットおよびその製造方法 - Google Patents

コネクタの組付け構造、電気機器ユニットおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ケーシングの小型化、省コスト化を図りながら、コネクタの組付け作業を容易にすることが可能なコネクタの組付け構造、電気機器ユニットおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】コネクタの接続構造は、インバータと、インバータを収納するケーシング760と、ケーシング760の外面上に組付けられ、ケーシング760の外部に設けられたモータジェネレータとインバータとを電気的に接続するコネクタ770とを備え、ケーシング760は、コネクタ770の組付け位置の近傍に設けられた突起部761A,761Bを有する。
【選択図】図3

Description

本発明は、コネクタの組付け構造、電気機器ユニットおよびその製造方法に関し、特に、ケーシング内の電気機器とケーシング外の機器とを電気的に接続するコネクタの組付け構造、電気機器ユニットおよびその製造方法に関する。
電気機器と外部の機器とを接続するコネクタの組付け構造が従来から知られている。
たとえば、特開2005−143200号公報(特許文献1)においては、インバータユニットに接続されるコネクタが開示されている。ここで、コネクタには、インバータユニット側のコネクタと3相パワーケーブル側のコネクタとの接続状態を確実に維持するためのコネクタロック部が設けられている。
特開2005−143200号公報
特許文献1では、コネクタ組付け作業を容易にするための機構について開示されていない。また、特許文献1では、コネクタロック部が設けられることで、インバータユニット側のコネクタとパワーケーブル側のコネクタとが確実に接続されるが、コネクタ組付け作業を容易にするために上記のような特別な機構を設けることは、省コスト、省スペースの観点から必ずしも有効な方策ではない。
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、ケーシングの小型化、省コスト化を図りながら、コネクタの組付け作業を容易にすることが可能なコネクタの組付け構造、電気機器ユニットおよびその製造方法を提供することにある。
本発明に係るコネクタの組付け構造は、電気機器と、電気機器を収納するケーシングと、ケーシングの外面上に組付けられ、ケーシングの外部の機器と電気機器とを電気的に接続するコネクタとを備え、ケーシングは、コネクタの組付け位置の近傍に設けられた突起部を有する。
上記構成によれば、特別な機構を設けることなく、コネクタの仮置き場を形成することができるので、ケーシングの小型化、省コスト化を図りながら、コネクタの組付け作業を容易にすることができる。
上記コネクタの組付け構造において、好ましくは、突起部は、コネクタの組付け位置に対してケーシングの開口部の反対側に設けられる。
上記構成によれば、コネクタを突起部上に仮置きした状態で、ケーシング内を上側から視認することができる。
上記コネクタの組付け構造において、好ましくは、コネクタは、ケーシングに設けられた差し込み口に挿通される端子および該端子を保持する本体を有し、コネクタがケーシングに固定される前において、差し込み口に挿通された端子がケーシングに接触し、本体が突起部に接触した状態で、突起部はコネクタの重心よりも突出している。
上記構成によれば、コネクタを仮置きした状態で、突起部がコネクタの重心よりも突出することで、コネクタを安定して保持することができる。
上記コネクタの組付け構造において、コネクタのケーシングへの差し込み方向からみて、突起部はコネクタの重心に対して左右両側に位置する。これにより、コネクタを仮置きした状態で、突起部によりコネクタを安定して保持することができる。
ここで、「突起部がコネクタの重心に対して左右両側に位置する」とは、コネクタの重心を左右両側から挟むように複数の突起部が設けられる場合と、1つの突起部がコネクタの重心の左右両側に延びる場合とを含む。
ここで、上記「左右方向」とは、コネクタ差し込み方向からみて、該コネクタ組付け時の上下方向に直交する方向を意味する。
上記コネクタの組付け構造において、1つの例として、電気機器はインバータを含み、外部の機器は車両を駆動する回転電機を含む。この場合には、インバータケースの小型化、省コスト化を図りながら、コネクタの組付け作業を容易にすることができる。
上記コネクタの組付け構造において、好ましくは、突起部は、ケーシングに機械加工を施す際の加工基準として設けられた部位である。
ケーシングの機械加工を行なう際には、寸法管理の基準である加工基準を設ける必要がある。その加工基準として設けられる突起部をコネクタの組付け位置の近傍に設けることにより、コネクタの組付け作業を容易にすることができる。
本発明に係る電気機器ユニットは、上述したコネクタの組付け構造を備える。これにより、電気機器ユニットの小型化、省コスト化を図りながら、コネクタの組付け作業を容易にすることができる。
本発明に係る電気機器ユニットの製造方法は、ケーシングの外面上に突起部を設ける工程と、ケーシング内に電気機器を収納する工程と、ケーシングの外部の機器と電気機器とを電気的に接続するためのコネクタを突起部上に載置する工程と、突起部上に載置されたコネクタをケーシングに固定する工程とを備える。
上記方法によれば、ケーシングに固定される前のコネクタを突起部上に仮置きすることで、コネクタの組付け作業を容易にすることができる。
上記電気機器ユニットの製造方法は、好ましくは、突起部を加工基準として用いながらケーシングに機械加工を施す工程をさらに備える。
上記方法によれば、コネクタの仮置き場およびケーシングの加工基準として突起部を兼用することができる。したがって、必要以上に突起部を形成することを抑制することができる。
なお、「突起部を加工基準として用いる」とは、突起部における特定の面や点を基準面や基準点として加工寸法を管理することを意味する。
上記電気機器ユニットの製造方法は、好ましくは、突起部を保持してケーシングの位置決めを行なう工程をさらに備える。
上記方法によれば、コネクタの仮置き場およびケーシングの位置決め手段として突起部を兼用することができる。
本発明によれば、コネクタの組付け構造において、ケーシングの小型化、省コスト化を図りながら、コネクタの組付け作業を容易にすることができる。
以下に、本発明に基づくコネクタの組付け構造、電気機器ユニットおよびその製造方法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は、本発明の1つの実施の形態に係るコネクタの組付け構造を含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。図1に示される例では、駆動ユニット1は、ハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットであり、モータジェネレータ100と、ハウジング200と、減速機構300と、ディファレンシャル機構400と、ドライブシャフト受け部500と、端子台600とを含んで構成される。
モータジェネレータ100は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機であり、軸受120を介してハウジング200に回転可能に取付けられた回転シャフト110と、回転シャフト110に取付けられたロータ130と、ステータ140とを有する。
ロータ130は、たとえば、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成されたロータコアと、該ロータコアに埋設された永久磁石とを有する。永久磁石は、たとえば、ロータコアの外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。なお、ロータコアを圧粉磁心により構成してもよい。
ステータ140は、リング状のステータコア141と、ステータコア141に巻回されるステータコイル142と、ステータコイル142に接続されるバスバー143とを有する。バスバー143は、ハウジング200に設けられた端子台600および給電ケーブル700Aを介してPCU(Power Control Unit)700と接続される。また、PCU700は、給電ケーブル800Aを介してバッテリ800に接続される。これにより、バッテリ800とステータコイル142とが電気的に接続される。
ステータコア141は、たとえば、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。ステータコア141の内周面上には複数のティース部(図示せず)および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部(図示せず)が形成されている。スロット部は、ステータコア141の内周側に開口するように設けられる。なお、ステータコア141を圧粉磁心により構成してもよい。
3つの巻線相であるU相、V相およびW相を含むステータコイル142は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。ステータコイル142のU相、V相およびW相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。バスバー143は、それぞれステータコイル142のU相、V相およびW相に対応するU相、V相およびW相を含む。
給電ケーブル700Aは、U相ケーブルと、V相ケーブルと、W相ケーブルとからなる三相ケーブルである。バスバー143のU相、V相およびW相がそれぞれ給電ケーブル700AにおけるU相ケーブル、V相ケーブルおよびW相ケーブルに接続される。
モータジェネレータ100から出力された動力は、減速機構300からディファレンシャル機構400を介してドライブシャフト受け部500に伝達される。ドライブシャフト受け部500に伝達された駆動力は、ドライブシャフト(図示せず)を介して車輪(図示せず)に回転力として伝達されて、車両を走行させる。
一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部500、ディファレンシャル機構400および減速機構300を介してモータジェネレータ100が駆動される。このとき、モータジェネレータ100が発電機として作動する。モータジェネレータ100により発電された電力は、PCU700におけるインバータを介してバッテリ800に蓄えられる。
駆動ユニット1には、レゾルバロータと、レゾルバステータとを有するレゾルバ(図示せず)が設けられている。レゾルバロータは、モータジェネレータ100の回転シャフト110に接続されている。また、レゾルバステータは、レゾルバステータコアと、該コアに巻回されたレゾルバステータコイルとを有する。上記レゾルバにより、モータジェネレータ100のロータ130の回転角度が検出される。検出された回転角度は、PCU700へ伝達される。PCU700は、検出されたロータ130の回転角度と、外部ECU(Electrical Control Unit)からのトルク指令値とを用いてモータジェネレータ100を駆動するための駆動信号を生成し、その生成した駆動信号をモータジェネレータ100へ出力する。
図2は、PCU700の主要部の構成を示す回路図である。図2を参照して、PCU700は、コンバータ710と、インバータ720と、制御装置730と、コンデンサC1,C2と、電源ラインPL1〜PL3と、出力ライン740U,740V,740Wとを含む。コンバータ710は、バッテリ800とインバータ720との間に接続され、インバータ720は、出力ライン740U,740V,740Wを介してモータジェネレータ100と接続される。
コンバータ710に接続されるバッテリ800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800は、発生した直流電圧をコンバータ710に供給し、また、コンバータ710から受ける直流電圧によって充電される。
コンバータ710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730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800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710は、リアクトルLを用いてバッテリ800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710は、インバータ720から受ける直流電圧を降圧してバッテリ800を充電する。
インバータ720は、U相アーム750U、V相アーム750VおよびW相アーム750W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750Uは、直列に接続されたパワートランジスタQ3,Q4からなり、V相アーム750Vは、直列に接続されたパワートランジスタQ5,Q6からなり、W相アーム750Wは、直列に接続されたパワートランジスタQ7,Q8からなる。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740U,740V,740Wを介してモータジェネレータ100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720は、制御装置730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100へ出力する。また、インバータ720は、モータジェネレータ100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730は、モータジェネレータ100の回転子の回転角度、モータトルク指令値、モータジェネレータ100の各相電流値、およびインバータ720の入力電圧に基づいてモータジェネレータ100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720へ出力する。
また、制御装置730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720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710へ出力する。
さらに、制御装置730は、モータジェネレータ100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800を充電するため、コンバータ710およびインバータ720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PCU700においては、コンバータ710は、制御装置730からの制御信号に基づいて、バッテリ800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720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100へ出力する。
また、インバータ720は、モータジェネレータ100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710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800を充電する。
図3は、本実施の形態に係るコネクタの組付け構造を示した図である。また、図4は、図3に示されるケーシング760の側面図(矢印IVの方向から見た図)である。そして、図5〜図8は、それぞれ、コネクタ770の上面図、上面断面図、側面図、側面断面図である。図5〜図8に示すように、コネクタ770は、複数の端子771と、端子771を保持する本体772とを有する。
図3,図4を参照して、ケーシング760は、インバータ720を収納する。ケーシング760の側面には、矢印IVの方向からコネクタ770が差し込まれる。コネクタ770の3つの端子771は、それぞれ、インバータ720のU相アーム750U,V相アーム750V,W相アーム750Wと電気的に接続される。
コネクタ770は、まず、ケーシング760の側面に差し込まれ、ボルト773によりケーシング760に固定される。ここで、コネクタ770をケーシング760の側面に差し込んだ後、ボルト773による固定がなされるまで、コネクタ770を支持しておく必要がある。
これに対し、ケーシング760においては、コネクタ770の差し込み口近傍に、突起部761が設けられている。ケーシング770は、たとえばアルミニウムなどからなるダイカストケースであり、突起部761は、ケーシング760の成形時にケーシング760と一体に形成される。また、突起部761は、コネクタ770の差し込み口の延在方向に並ぶように形成された複数(2つ)の突起部761A,761Bを含む。そして、突起部761A,761Bは、ボルト773によりケーシング760に固定される前のコネクタ770の本体772を支持することが可能である。したがって、コネクタ770をケーシング760の側面に差し込んだ後、ボルト773の準備等の際に、コネクタ770を突起部761A,761B上に仮置きすることができるので、作業者がコネクタ770から手を離すことが可能である。以上の結果として、コネクタ770の組付け作業が容易になる。
図3,図4において、作業中のケーシング760は、上側に向けて開口している。一方、突起部761A,761Bは、コネクタ770の差し込み口の下側に位置している。すなわち、突起部761A,761Bは、コネクタ770の組付け位置に対してケーシング760の開口部の反対側に設けられている。このようにすることで、コネクタ770を突起部761A,761B上に仮置きした状態で、ケーシング760内を上側から視認することができるので、その後の作業(たとえば、ケーシング760内における端子間の結合)が行ないやすくなる。
図9は、突起部761上に仮置きされたコネクタ770を該コネクタの側面からみた状態を示す図である。図9を参照して、突起部761上に仮置きされたコネクタ770において、端子771は、ケーシング760に設けられた差し込み口762に挿通された状態でケーシング760に接触し、本体772は、突起部761に接触している。この状態で、コネクタ770は、突起部761よりも突出している。一方で、突起部761は、コネクタ770の重心Gよりも突出している。このようにすることで、突起部761によりコネクタ770を安定して保持することができる。なお、図9においては、突起部761上に仮置きされたコネクタ770が突起部761よりも突出している例について説明したが、コネクタ770は必ずしも突起部761よりも突出している必要はなく、コネクタ770が突起部761上に仮置きされた状態で、突起部761がコネクタ770よりも突出している場合にも、突起部761は、上記と同様に、コネクタ770の仮置き場としての役割を果たす。
図10,図11は、突起部761上に仮置きされたコネクタ770を該コネクタ770の差し込み方向(図3における矢印IVの方向)からみた状態を示す図である。図10に示すように、2つの突起部761A,761Bは、コネクタ770の差し込み方向からみて、コネクタ770の重心Gに対して左右両側に位置している。このようにすることで、突起部761によりコネクタ770を安定して保持することができる。なお、突起部761は必ずしも複数である必要はなく、図11に示すように、1つの突起部761によっても、コネクタ770を安定して保持することは可能である。この場合、突起部761は、コネクタ770の重心の左右両側に延びるように設けられる。
また、ケーシング760には機械加工が施されるが、その際に、たとえば突起部761の上面を寸法管理の基準面として用いることが可能である。すなわち、突起部761は、ケーシング760の機械加工時の加工基準として利用されてもよい。
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コネクタの接続構造は、「電気機器」としてのインバータ720と、インバータ720を収納するケーシング760と、ケーシング760の外面上に組付けられ、ケーシング760の外部の「機器」としてのモータジェネレータ100とインバータ720とを電気的に接続するコネクタ770とを備え、ケーシング760は、コネクタ770の組付け位置の近傍に設けられた突起部761A,761Bを有する。
また、本実施の形態に係る「電気機器ユニット」としてのPCU700の製造方法は、図12に示すように、ケーシング760の外面上に突起部761(761A,761B)を設ける工程(S10)と、ケーシング760内にインバータ720を収納する工程(S20)と、ケーシング760の外部の「機器」であるモータジェネレータ100とインバータ720とを電気的に接続するためのコネクタ770を突起部761A,761B上に載置する工程(S30)と、突起部761A,761B上に載置されたコネクタ770をケーシング760に固定する工程(S40)とを備える。
本実施の形態に係るコネクタの組付け構造によれば、特別な機構を設けることなく、コネクタ770の仮置き場を形成することができるので、ケーシング760の小型化、省コスト化を図りながら、コネクタ770の組付け作業を容易にすることができる。
なお、上記PCU700の製造過程において、突起部761A,761Bを他の目的に利用してもよい。たとえば、チャックにより突起部761A,761Bを保持してケーシング760の位置決めを行なうことが考えられる。この場合は、コネクタ770の仮置き場およびケーシング760の位置決め手段として突起部761A,761Bを兼用することができる。
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すべ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すべ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コネクタの組付け構造を含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。 図1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コネクタの組付け構造を示した図である。 図3に示されるケーシングの側面図である。 図3に示されるコネクタの上面図である。 図3に示されるコネクタの上面断面図である。 図3に示されるコネクタの側面図である。 図3に示されるコネクタの側面断面図である。 突起部上に仮置きされたコネクタを該コネクタの側面からみた状態を示す図である。 突起部上に仮置きされたコネクタを該コネクタの差し込み方向からみた状態を示す図(その1)である。 突起部上に仮置きされたコネクタを該コネクタの差し込み方向からみた状態を示す図(その2)である。 本発明の1つの実施の形態に係る電気機器ユニットの製造方法を説明するフロー図である。
符号の説明
1 駆動ユニット、100 モータジェネレータ、110 回転シャフト、120 軸受、130 ロータ、140 ステータ、141 ステータコア、142 ステータコイル、143 バスバー、200 ハウジング、300 減速機構、400 ディファレンシャル機構、500 ドライブシャフト受け部、600 端子台、700 PCU、700A,800A 給電ケーブル、710 コンバータ、720 インバータ、730 制御装置、740U,740V,740W 出力ライン、750U U相アーム、750V V相アーム、750W W相アーム、760 ケーシング、761,761A,761B 突起部、762 差し込み口、770 コネクタ、771 端子、772 本体、773 ボルト、800 バッテリ、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 (10)

  1. 電気機器と、
    前記電気機器を収納するケーシングと、
    前記ケーシングの外面上に組付けられ、前記ケーシングの外部の機器と前記電気機器とを電気的に接続するコネクタとを備え、
    前記ケーシングは、前記コネクタの組付け位置の近傍に設けられた突起部を有する、コネクタの組付け構造。
  2. 前記突起部は、前記コネクタの組付け位置に対して前記ケーシングの開口部の反対側に設けられる、請求項1に記載のコネクタの組付け構造。
  3. 前記コネクタは、前記ケーシングに設けられた差し込み口に挿通される端子および該端子を保持する本体を有し、
    前記コネクタが前記ケーシングに固定される前において、前記差し込み口に挿通された前記端子が前記ケーシングに接触し、前記本体が前記突起部に接触した状態で、前記突起部は前記コネクタの重心よりも突出している、請求項1または請求項2に記載のコネクタの組付け構造。
  4. 前記コネクタの前記ケーシングへの差し込み方向からみて、前記突起部は前記コネクタの重心に対して左右両側に位置する、請求項1から請求項3のいずれかに記載のコネクタの組付け構造。
  5. 前記電気機器はインバータを含み、
    前記外部の機器は車両を駆動する回転電機を含む、請求項1から請求項4のいずれかに記載のコネクタの組付け構造。
  6. 前記突起部は、前記ケーシングに機械加工を施す際の加工基準として設けられた部位である、請求項1から請求項5のいずれかに記載のコネクタの組付け構造。
  7. 請求項1から請求項6のいずれかに記載のコネクタの組付け構造を備えた、電気機器ユニット。
  8. ケーシングの外面上に突起部を設ける工程と、
    前記ケーシング内に電気機器を収納する工程と、
    前記ケーシングの外部の機器と前記電気機器とを電気的に接続するためのコネクタを前記突起部上に載置する工程と、
    前記突起部上に載置された前記コネクタを前記ケーシングに固定する工程とを備えた、電気機器ユニットの製造方法。
  9. 前記突起部を加工基準として用いながら前記ケーシングに機械加工を施す工程をさらに備えた、請求項8に記載の電気機器ユニットの製造方法。
  10. 前記突起部を保持して前記ケーシングの位置決めを行なう工程をさらに備えた、請求項8または請求項9に記載の電気機器ユニットの製造方法。
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