JP2008114839A - 一体化された電流センサを有するパワーインバータコネクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】車両用パワーインバータコネクタ組立体を提供すること。
【解決手段】本組立体は、ハウジングと、車両用パワーインバータ上の複数のインバータ係合形成体に対合するように形作られたハウジング上の複数の第1係合形成体と、車両用モータ上の複数のモータ係合形成体に対合するように形作られたハウジング上の複数の第2係合形成体と、ハウジングに接続され車両用パワーインバータと車両用モータとの間を流れる電流を検出するように構成された複数の電流センサと、を含む。
【選択図】図5

Description

本発明は、一般に、インバータコネクタ組立体に関し、より具体的には、自動車に使用するためのインバータコネクタ組立体に関する。
近年、技術の進歩ならびにスタイルについてのますます進化した審美眼が、自動車を設計し組み立てるために使用される手法の大幅な変化をもたらしている。そうした変化の1つは、自動車内部における様々な電気システムの複雑さを伴う。その結果、自動車、特にハイブリッド車の電気システムはますます増加する量の電力を使用している。
こうした車両に使用される電気モータなどの電気的構成要素の多くは交流(AC)電源から電力を受ける。しかしながら、そうした用途に使用される電源(すなわち、電池)は直流(DC)電力を供給するだけである。したがって、パワーインバータとして知られる装置がDC電力をAC電力に変換するために使用される。
通常、パワーインバータからモータまたは他の電気的構成要素に流れる電流は適切な運転を確実にするために監視される。従来のパワーインバータは、パワーインバータを電流センサに接続し次いで電流センサをモータに接続するために、1つまたは複数のワイヤハーネスとワイヤの束とを使用する。ワイヤハーネスと外付けの電流センサとはパワーインバータの全体的な寸法を大きくさせ、ならびにパワーインバータを据え付け修理する上での複雑さを付け加える。その上大量の電力を伴うので、通常、高性能なワイヤハーネスが使用され、これは車両を製造するコストを著しく増加させる。
したがって、パワーインバータの寸法と複雑さを軽減させる一体化された電流センサを備えたパワーインバータコネクタを提供することが望まれる。加えて、ワイヤハーネスの必要性を取り除いたパワーインバータ組立体を提供することが望まれる。さらに、本発明の他の望ましい特徴と特性とが、添付の図面ならびに上記の技術分野および背景技術と共に、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
車両用パワーインバータコネクタ組立体が提供される。この組立体は、ハウジングと、車両用パワーインバータ上の複数のインバータ係合形成体に対合するように形作られたハウジング上の複数の第1係合形成体と、車両用モータ上の複数のモータ係合形成体に対合するように形作られたハウジング上の複数の第2係合形成体と、ハウジングに接続され車両用パワーインバータと車両用モータとの間を流れる電流を検出するように構成された複数の電流センサと、を含む。
自動車の駆動システムが提供される。このシステムは、フレームと、複数のアクチュエータ係合形成体を有するフレームに結合されたアクチュエータと、自動車用パワーインバータと、コネクタ組立体と、を含む。コネクタ組立体は、第1および第2の対向する側を有するハウジングと、ハウジングの第1側にあり自動車用パワーインバータに接続された複数の第1係合形成体と、ハウジングをアクチュエータに解放可能に取り付けるためにアクチュエータ上の複数のアクチュエータ係合形成体に対合するハウジングの第2側の複数の第2係合形成体と、ハウジングに接続され、それぞれが第1係合形成体のそれぞれ1つと第2係合形成体のそれぞれ1つとを相互接続している複数の導体と、ハウジングに接続され、それぞれが自動車用パワーインバータとアクチュエータとの間をそれぞれの導体を通じて流れる電流を検出するように構成された複数の電流センサと、を含む。
本発明は、同じ数字が同じ要素を示す以下の製図図面と共に、以下に説明される。
以降の詳細な説明は性質上単に例としてのものであり、本発明または本出願、および本発明の用途を限定することは意図されない。さらに、前述の技術分野、背景技術、概要または以降の詳細な説明の中で提示される任意の明示された、または暗示された、理論に束縛されるという意図はない。
以降の記述は、「接続された」あるいは「結合された」要素または特徴を相互に参照する。本明細書で使用されるように、他に明確に述べられない限り、「接続された」は、或る要素/特徴が、かならずしも機械的にではなく直接的に他の要素/特徴につながれている(または直接的に通じている)ことを意味する。同様に、他に明確に述べられない限り、「結合された」は、或る要素/特徴が、かならずしも機械的にではなく直接的にまたは間接的に、他の要素/特徴につながれている(もしくは直接的または間接的に通じている)ことを意味する。しかしながら、1つの実施形態では2つの要素が「接続されている」と以下で説明されるにもかかわらず、代替の実施形態では類似の要素が「結合されている」と説明されることができ、逆もまた可能であることを理解されたい。したがって、本明細書で示された概略図は要素の実施例構成を示すけれども、追加の間に入れられた部材、装置、特徴、または構成要素が実際の実施形態の中に存在することが可能である。
図1〜図5は、車両用パワーインバータコネクタ組立体を示す。組立体は、ハウジングをパワーインバータに接続するために、車両用パワーインバータの上の係合形成体に対合するように形作られた係合形成体を有するハウジングを含む。また、ハウジングは、ハウジングをパワーインバータに接続するために、車両用モータの上の係合形成体に対合するように形作られた係合形成体も有する。電流センサが、車両用パワーインバータと車両用モータとの間の電流を検出するためにコネクタ組立体の中に一体化される。
図1は、本発明の1つの実施形態による車両10すなわち「自動車」を示す。自動車10は、シャーシ12と、ボディ14と、4つの車輪16と、電子制御システム18と、を含む。ボディ14はシャーシ12の上に構成され、自動車10の他の構成要素を実質的に囲んでいる。ボディ14とシャーシ12とは合同でフレームを形成してもよい。車輪16は、ボディ14のそれぞれの隅の近傍でシャーシ12にそれぞれ回転可能に結合されている。
自動車10は、例えばセダン、ワゴン、トラックまたはスポーツ汎用車(SUV)などのいくつかの異なるタイプの自動車のうちの任意の1つであることができ、二輪駆動(2WD)(すなわち後輪駆動または前輪駆動)、四輪駆動(4WD)または全輪駆動(AWD)であることができる。また、車両10は、例えば、ガソリンまたはディーゼル油を燃料とする燃焼エンジン、「フレキシブル燃料車」(FFV)エンジン(すなわちガソリンとアルコールとの混合物を使用した)、ガス状混合物(例えば水素と天然ガス)を燃料とするエンジン、燃焼/電気モータ・ハイブリッドエンジンおよび電気モータなどの、いくつかの異なるタイプのエンジンのうちの任意の1つまたは任意の組み合わせも組み込むことができる。当業者には理解されるように、自動車10が4WDまたはAWDである一実施形態では、エンジンは車輪の全てに機械的に結合され、自動車10は図1には示されていない多数の追加の構成要素を含むことができる。
図1に示された例示の実施形態では、自動車10はハイブリッド車であり、アクチュエータ組立体20と、電池22と、インバータ組立体24と、放熱器26と、をさらに含む。アクチュエータ組立体20は、燃焼エンジン28と電気モータ/発電機30とを含み、以下でより詳細に説明されるように、インバータ組立体24は電気モータ30に接続される。当業者には理解されるように電気モータ30はその内部に変速機を含む。燃焼エンジン28と電気モータ30とは、双方が1つまたは複数の駆動軸32を通じて少なくともいくつかの車輪16に機械的に結合されるように一体化されている。
放熱器26は、放熱器26の外側部分でフレームに接続され、詳細には示されないが、水および/またはエチレングリコール(すなわち「不凍液」)などの冷却液(すなわち冷却剤)を含み、エンジン28とインバータ組立体24とに結合された放熱器を通る多数の冷却流路を含む。
電子制御システム18は、アクチュエータ20と、電池22と、インバータ組立体24とに動作可能に通じている。詳細には示されないが、電子制御システム18は、様々なセンサと、自動車制御モジュールすなわち電子制御ユニット(ECU)と、以下に説明されるプロセスおよび方法を実行するためにその内部に(または他のコンピュータ読み取り可能な媒体の中に)格納された命令を含む少なくとも1つのプロセッサおよび/またはメモリ64と、を含む。
図2は、1つの実施形態によるインバータ組立体24をより詳細に示す。インバータ組立体24は、パワーインバータ34とコネクタ組立体36とを含む。図示された実施形態で、パワーインバータ34は、ハウジング38(またはフレーム)と流体接続口プレート40とを含む。ハウジング38は、例えば、20.32cm(8インチ)と38.10cm(15インチ)との間の長さと、7.62cm(3インチ)と20.32cm(8インチ)との間の幅と、7.62cm(3インチ)と20.32cm(8インチ)との間の高さとを備えた、例えば、実質的に矩形である。1つの実施形態では、ハウジング38は約10,000cm(10リットル(L))の容積を有する。しかしながら、ハウジング38の寸法および形状は変わることができる。ハウジング38はアルミニウムまたは鋼などの熱伝導性の材料で作られ、図示されていないがその中に画定されたキャビティおよび/または流体通路を含む。流体接続口プレート40はハウジング38の端部に取り付けられ、そこから延在しハウジング38内部のキャビティおよび/または流体通路に流動的に通じる流体接続口42を含む。
図示されていないが、また、パワーインバータ34は、ハウジング38の内部にコンデンサ組立体と、入力フィルタと、ハウジング38に結合されたパワーモジュールと、コントローラと、を含むこともできる。コンデンサ組立体は、広く知られているように、1つのコンデンサまたは多数のコンデンサを形成するために、間隔を空けた関係でコイルに巻かれた1組のまたは複数組の伝導性の板を含む。入力フィルタまたは電磁妨害(EMI)フィルタは、コンデンサ組立体36の中の(複数の)コンデンサに電気的に結合したファラデーコイルを含むことができる。パワーモジュールのそれぞれは、その上に形成された複数の半導体デバイス(例えば、トランジスタおよび/またはスイッチ)を有する集積回路を備えた半導体基板(例えばシリコン基板)を含むことができる。広く知られているように、コントローラは、以下で説明されるようにインバータ組立体24の動作を制御するためにマイクロプロセッサを含むことができる。
図3、図4、図5はコネクタ組立体36をより詳細に示す。図3は、具体的に、コネクタ組立体36の第1側すなわち上側44(すなわち図2に示されるようにハウジング34に向かい合い隣接している)を示し、図4は、コネクタ組立体36の第2側すなわち下側46(すなわちハウジング34に対して反対を向いている)を示すことに留意されたい。図5は、パワーインバータ34と電気モータ30とを相互に接続しているコネクタ組立体36を断面の状態で示す。
コネクタ組立体36は、それを貫通する複数の開口50を有するコネクタプレート48を含む。図3および図4に示された実施形態では、コネクタ組立体36は2組の3つの開口50の形に配列された6つの開口50を含む。2つの矩形の一段高い部分52が、コネクタプレート48の中央部分53の両側で開口50の各組の周りにコネクタプレート48から延在している。開口50のそれぞれは、対応する一段高い部分52の上面に向かって延在する。電流センサ54は、コネクタ組立体36の第1側44上の各開口50の内部に配置される。1つの実施形態では、電流センサ54はその中を貫く開口を備えた環状の形状をなし、磁性材料で作られている(すなわち磁気リング)。図示されていないが、電流センサは、パワーインバータ34のコントローラおよび/または車両10の電子制御システム18に動作可能に通じている。電流センサ54の中の開口はコネクタプレート48を貫く開口50と実質的に同心である。図3に最も明瞭に示されるように、円筒状の導体56が、各電流センサ54の開口ならびにコネクタプレート48の開口50を貫通して延在する。伝導性の「L形をした」バス・バー58が各導体56の上部部分に取り付けられ、コネクタプレート48の中央部分53および電流センサ54から遠ざかるように延在する。側壁60は、コネクタプレート48の一段高い部分52および中央部分53を側方から囲むために、コネクタ組立体36の第1側44でコネクタプレート48から延在する。
図4および図5を参照すると、コネクタ組立体36の第2側46で、6つの円筒状の形状をした係合形成体62がコネクタプレート48から延在する。係合形成体のそれぞれは、図3に示された開口50の1つに隣接し、同様に2組の3つの係合形成体62の形に配列されている。係合形成体62は、各開口64の中のスプリング・キャビティ内に収容されたスプリング66と共に導体56に向けて延在し、係合形成体62を貫く開口64を有する。係合形成体62の組は、コネクタプレート48から延在するスリーブ68で側方から囲まれている。コネクタプレート48と、側壁60と、係合形成体62と、スリーブ68とは、合同してコネクタプレートハウジングまたはフレームを形成する。
図3および図5を参照すると、少なくとも部分的にコネクタ組立体36をハウジング38に取り外し可能に固定するために、バス・バー58はハウジング38に(例えばネジを用いて)接続される。図示されていないがバス・バー58は、上に説明したパワーインバータ34の構成要素に電気的に結合されることを理解されたい。
次に図4および図5を参照すると、電気モータ30は、モータ・ハウジング70と複数のモータ・ピン72とを含む。モータ・ピン72は、モータ・ハウジング70に接続され、モータ・ハウジング70の中でモータ巻線インターフェース74をその内部に含む。図示されていないがモータ巻線インターフェース74は、電気モータ30の内部で導電性巻線すなわちコイルに電気的に結合されている。モータ・ピン72がコネクタ組立体36の第2側46から開口64の中に摩擦を伴って摺動すると、モータ・ピン72のそれぞれは、係合形成体62の各1つと対合する。このようにして、コネクタ組立体36は、パワーインバータ34と電気モータ30とを機械的に相互接続する。図5に示されるように、コネクタ組立体36のハウジングは、パワーインバータ34のハウジング38と電気モータ30のハウジング70とに接している。
各係合形成体62の内部で、それぞれのモータ・ピン72は、各モータ・ピン72が導体56とバス・バー58とを通じてパワーインバータ34に電気的に結合するように、対応する開口50の中で導体56に接触する。したがってまた、コネクタ組立体36は、パワーインバータ34を電気モータ30に電気的に結合させてもいる。
再び図1を参照すると、作動中は、車両10は、燃焼エンジン28と電気モータ30とを交互に切り替える方法で、および/または燃焼エンジン28と電気モータ30とを同時に使用して動力を車輪16に供給することによって作動される。電気モータ30に電力を供給するために、直流(DC)電力が電池22からインバータ組立体24(すなわち、電力インバータ34)に供給され、このインバータ組立体24は、電力が電気モータ24に送られる前にDC電力を交流(AC)電力に変換する。
再び図5を参照すると、電流がパワーインバータ34からモータ30に流れるときに、電流は導体56を通過し、電流センサ54によって監視される。電流センサ54は、パワーインバータ34のコントローラおよび/または車両10の電子制御システム18に送られ、モータ30に供給される電力を適切に規制する、制御信号を発生する。
上に説明されたコネクタ組立体の1つの有利な点は、電流センサがその中に一体化されているのでパワーインバータを切り離された電流センサに接続するためのワイヤハーネスが必要とされないことである。したがって、インバータ組立体によって占められる空間が減少し車両の製造コストが最小化され、その一方で、簡素化され、したがってより保守しやすいインバータ組立体が提供される。他の有利な点は、パワーインバータが電気モータに近接近しているので、電流がインバータとモータとの間を流れるときに電流が受ける抵抗が最小化されることである。その結果、車両の性能および効率が向上される。
他の実施形態が、ハイブリッド車以外の他のタイプの自動車において、およびパワーステアリングシステムまたは空調システムなどの他の電気システムと共に、インバータコネクタを利用することができる。また、インバータコネクタは、航空機および船舶などの自動車以外の車両で、またはDC電力とAC電力との間の変換を必要とする多数の電気システムを備えた任意のシステムで使用されることもできる。
前述の詳細な説明の中で少なくとも1つの例示の実施形態が提示されてきたが、膨大な数の変形形態が存在することを理解されたい。また、1つの例示の実施形態または複数の例示の実施形態は単に実施例であり、本発明の範囲、適用可能性または態様をいかなる形でも限定することを意図してはいないことも理解されたい。むしろ、前述の詳細な説明は、当業者に1つの例示の実施形態または複数の例示の実施形態を実施するための便利な指針を提供するものである。添付の特許請求の範囲およびその法的等価物に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、要素の機能および構成について様々な変更がなされることが可能であることを理解されたい。
パワーインバータ組立体を含む例示の自動車の概略図を示す図である。 パワーインバータとこのパワーインバータに接続されたコネクタ組立体とを示す図1のパワーインバータ組立体の側面図を示す図である。 図2のコネクタ組立体の第1側の等角図を示す図である。 図2のコネクタ組立体の第2側の等角図を示す図である。 パワーインバータと電気モータとを相互接続している図2のコネクタ組立体の断面の側面図を示す図である。
符号の説明
10 自動車
12 シャーシ
14 ボディ
16 車輪
18 電子制御システム
20 アクチュエータ組立体
22 電池
24 インバータ組立体
26 放熱器
28 燃焼エンジン
30 電気モータ/発電機
32 駆動軸
34 パワーインバータ
36 コネクタ組立体
38 ハウジング
40 流体接続口プレート
42 流体接続口
44 コネクタ組立体36の第1側すなわち上側
46 コネクタ組立体36の第2側すなわち下側
48 コネクタプレート
50 開口
52 一段高い部分
53 コネクタプレート48の中央部分
54 電流センサ
56 導体
58 バス・バー
60 側壁
62 係合形成体
64 係合形成体の開口
66 スプリング
68 スリーブ
70 モータ・ハウジング
72 モータ・ピン
74 モータ巻線インターフェース

Claims (20)

  1. ハウジングと、
    車両用パワーインバータ上の複数のインバータ係合形成体に対合するように形作られた前記ハウジング上の複数の第1係合形成体と、
    車両用モータ上の複数のモータ係合形成体に対合するように形作られた前記ハウジング上の複数の第2係合形成体と、
    前記ハウジングに接続され、前記車両用パワーインバータと前記車両用モータとの間を流れる電流を検出するように構成された複数の電流センサと、
    を備えた車両用パワーインバータコネクタ組立体。
  2. 前記第1係合形成体は、前記ハウジングを前記車両用パワーインバータに取り外し可能に固定するように構成され、前記第2係合形成体は、前記ハウジングを前記車両用モータに解放可能に取り付けるように構成された請求項1に記載の組立体。
  3. 前記ハウジングに接続された複数の導体であって、それぞれが、前記第1係合形成体のそれぞれ1つと前記第2係合形成体のそれぞれの1つとを相互に接続する導体をさらに備えた請求項2に記載の組立体。
  4. 前記複数の電流センサのそれぞれは、それぞれの第1および第2係合形成体の間をそれぞれの導体を通じて流れる電流を検出するように構成された請求項3に記載の組立体。
  5. 前記ハウジングと前記第1係合形成体とは、前記第1係合形成体が前記車両用パワーインバータ上の前記インバータ係合形成体に対合される場合に、前記ハウジングが前記車両用パワーインバータのハウジングに実質的に隣接するように構成された請求項4に記載の組立体。
  6. 前記ハウジングと前記第2係合形成体とは、前記第2係合形成体が前記車両用モータ上の前記モータ係合形成体に対合される場合に、前記ハウジングが前記車両用モータのハウジングに実質的に隣接するように構成された請求項5に記載の組立体。
  7. 前記モータ係合形成体は伝導性のピンであり、前記第2係合形成体のそれぞれは該第2係合形成体の中に開口を有し、前記第2係合形成体のそれぞれの前記開口は前記伝導性のピンの1つを受け入れるような大きさに作られている請求項6に記載の組立体。
  8. 前記第2係合形成体は、前記第2係合形成体が前記伝導性のピンと対合される場合にスプリング・キャビティが前記第2係合形成体の内面と前記伝導性のピンとの間に形成されるように形作られ、前記スプリング・キャビティの内部にスプリングをさらに備える請求項7に記載の組立体。
  9. 前記ハウジングは第1および第2の対向する側を有し、前記第1係合形成体は前記第1側にあり前記第2係合形成体は前記第2側にある請求項8に記載の組立体。
  10. 前記電流センサは該電流センサを貫く開口を有し、前記導体の少なくとも一部分は電流センサを貫くそれぞれの開口を貫通して延在する請求項9に記載の組立体。
  11. 第1および第2の対向する側を有するハウジングと、
    前記ハウジングを車両用パワーインバータに取り外し可能に固定するために、前記車両用パワーインバータ上の複数のインバータ係合形成体に対合するように形作られた前記ハウジングの前記第1側の上の複数の第1係合形成体と、
    前記ハウジングを車両用モータに解放可能に取り付けるために、前記車両用モータ上の複数のモータ係合形成体に対合するように形作られた前記ハウジングの前記第2側の上の複数の第2係合形成体と、
    前記ハウジングに接続された複数の導体であって、それぞれが、前記第1係合形成体のそれぞれ1つと前記第2係合形成体のそれぞれ1つとを相互に接続する導体と、
    前記ハウジングに接続された複数の電流センサであって、それぞれが、前記車両用パワーインバータと前記車両用モータとの間をそれぞれの導体を通じて流れる電流を検出するように構成された電流センサと、
    を備えた車両用パワーインバータコネクタ組立体。
  12. 前記ハウジングと前記第1係合形成体とは、前記第1係合形成体が前記車両用パワーインバータの上の前記インバータ係合形成体に対合される場合に、前記ハウジングが前記車両用パワーインバータのハウジングに実質的に隣接するように構成される請求項11に記載の組立体。
  13. 前記モータ係合形成体は伝導性のピンであり、前記第2係合形成体のそれぞれは該第2係合形成体の中に開口を有し、前記第2係合形成体のそれぞれの前記開口は前記伝導性のピンの1つを受け入れるような大きさに作られている請求項12に記載の組立体。
  14. 前記第2係合形成体は、前記第2係合形成体が前記伝導性のピンに対合される場合に、スプリング・キャビティが前記第2係合形成体の内面と前記伝導性のピンとの間に形成されるように形作られ、各スプリング・キャビティ内にスプリングをさらに備える請求項13に記載の組立体。
  15. 前記電流センサは該電流センサを貫く開口を有する磁気リングであり、前記導体の少なくとも一部分が磁気リングを貫くそれぞれの開口を貫通して延在する請求項14に記載の組立体。
  16. フレームと、
    複数のアクチュエータ係合形成体を有する前記フレームに結合されたアクチュエータと、
    自動車用パワーインバータと、
    第1および第2の対向する側を有するハウジングと、
    前記ハウジングの前記第1側の上で前記自動車用パワーインバータに接続された複数の第1係合形成体と、
    前記ハウジングを前記アクチュエータに解放可能に取り付けるために、前記アクチュエータ上の前記複数のアクチュエータ係合形成体に対合された前記ハウジングの前記第2側の上の複数の第2係合形成体と、
    前記ハウジングに接続された複数の導体であって、各導体は前記第1係合形成体のそれぞれ1つと前記第2係合形成体のそれぞれ1つとを相互に接続する導体と、
    前記ハウジングに接続された複数の電流センサであって、各電流センサは、それぞれの導体を通じて前記自動車用パワーインバータと前記アクチュエータとの間を流れる電流を検出するように構成された電流センサと、
    を備えたコネクタ組立体と、
    を備えた自動車の駆動システム。
  17. 前記自動車用パワーインバータはハウジングをさらに備え、前記コネクタ組立体の前記ハウジングは前記コネクタ組立体の前記ハウジングに実質的に隣接する請求項16に記載の自動車の駆動システム。
  18. 前記アクチュエータはハウジングをさらに備え、前記コネクタ組立体の前記ハウジングは前記コネクタ組立体のハウジングに実質的に隣接する請求項17に記載の自動車の駆動システム。
  19. 前記アクチュエータは該アクチュエータの内部に導電性コイルを有する電気モータであり、係合形成体は前記導電性コイルに電気的に結合されたピンである請求項18に記載の自動車の駆動システム。
  20. 前記フレームに結合され前記電気モータに機械的に結合された燃焼エンジンをさらに備えた請求項19に記載の自動車の駆動システム。
JP2007281912A 2006-11-06 2007-10-30 一体化された電流センサを有するパワーインバータコネクタ Pending JP2008114839A (ja)

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