JP2011157018A - ワイヤハーネスの配索構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤハーネスを軽量化、低コスト化できると共に、ワイヤハーネスを構成する電線が積層されても高い放熱効果を維持できる。
【解決手段】複数の芯線を並列した導体または断面長方形の導体を硬質樹脂で被覆したフラット電線１１を複数積層して配線し、該積層するフラット電線１１の隣接面の間にスペーサ１４を介在させてフラット電線１１同士を接触させず、かつ、スペーサ１４は長さ方向に間隔をあけて配置しまたは開口を有する形状として放熱空間を設けている。
【選択図】図２

Description

本発明はワイヤハーネスの配索構造に関し、詳しくは、ハイブリッド自動車または電気自動車に配索されるワイヤハーネスの放熱効果を高めるものである。

ハイブリッド自動車または電気自動車のインバータとモータなどの機器間を接続するワイヤハーネスとして、本出願人は、図８に示すように、複数の丸電線２をシールド手段である筒状の金属編組線３ａや金属パイプ３ｂで一括して被覆したワイヤハーネス１を提案している［特許第３９０９７６３号公報（特許文献１）］。
一方、複数の芯線を並列した導体５を硬質樹脂６で被覆したフラット電線４は、定格の電流値に対して導体断面積を小さく設定できるため、電線コストやワイヤハーネスの質量を低減できると共に、表面積が増大するため放熱効果が高められることが知られている（図９参照）。

そこで、特許文献１のワイヤハーネス１の丸電線２に代えてフラット電線４を用いる場合、車両の配索エリア等の制約により、複数のフラット電線４を幅方向に並列させて配索できない場合がある。その場合には、部分的または比較的長い区間で複数のフラット電線４を積層して配索する必要があるが、フラット電線４同士を互いに接触させて積層すると接触面間で熱干渉を起こし、放熱効果が損なわれて通電可能な電流値が制限されるという問題がある。

特許第３９０９７６３号公報

本発明は、ハイブリッド自動車または電気自動車に配索されるワイヤハーネスを軽量化、低コスト化できると共に、ワイヤハーネスを構成する電線が積層されても高い放熱効果を保持できることを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、ハイブリッド自動車または電気自動車に配索するワイヤハーネスの配索構造であって、複数の芯線を並列した導体または断面長方形の導体を硬質樹脂で被覆したフラット電線を複数積層して配線し、該積層するフラット電線の隣接面の間にスペーサを介在させてフラット電線同士を接触させず、かつ、該スペーサは長さ方向に間隔をあけて配置しまたは開口を有する形状として放熱空間を設けているワイヤハーネスの配索構造を提供している。

前記のようなフラット電線からワイヤハーネスを構成することにより、丸電線より表面積を増大させて放熱効果を高めることができると共に、定格の電流値に対して導体断面積を小さくすることができるため、電線コストや質量の低減が可能となる。また、前記のように、積層するフラット電線の隣接面の間にスペーサを介在させ、放熱の妨げとなるフラット電線同士の接触を該スペーサによって防止することで、高い放熱効果を保持することができる。また、前記スペーサを長さ方向に間隔をあけて配置し、または開口を有する形状としているため、前記スペーサを介在させても放熱空間は十分確保される。

前記スペーサは、２枚積層するフラット電線では一方のフラット電線に、３枚以上積層するフラット電線では両側を挟まれた中間位置のフラット電線に予め取り付けておく形状とし、該スペーサは絶縁樹脂、エラストマー、ゴム、金属のいずれかからなることが好ましい。

前記のように、２枚積層するフラット電線では一方のフラット電線に３枚以上積層するフラット電線では両側を挟まれた中間位置のフラット電線に前記スペーサを取り付ける効率的な配置で、隣接するフラット電線同士の接触を防止して十分な放熱効果を得ることができる。しかしこの構成に限定されず、すべてのフラット電線に前記スペーサを取り付けてもよい。

前記スペーサは、硬質樹脂製または金属製で断面コ字形状とし、該スペーサを取り付けるフラット電線に対して長さ方向に間隔をあけて取り付けるものであり、該スペーサは対向する両側枠部および中央連結枠部にそれぞれ山部と谷部を長さ方向に交互に設けた形状とし、内面側の突出する谷部の先端を前記フラット電線に接触させていることが好ましい。

前記のように、硬質樹脂製または金属製で断面コ字形状のスペーサにおいて、対向する両側枠部および中央連結枠部にそれぞれ山部と谷部を長さ方向に交互に設け、両側枠部の内面側に突出する谷部の先端にフラット電線を接触させることにより、該フラット電線をスペーサの両側枠部内面側に全面密着させない構成となる。即ち、前記フラット電線と接触していない両側枠部内面側の凹部（山部を形成する凹部）に放熱空間が形成され、フラット電線から発せられる熱が該放熱空間、さらには前記中央連結枠部に対向する開口を通ってスペーサ外部にスムーズに放出されるため、スペーサを介在させても良好な放熱効果を保持することができる。また、スペーサの両側枠部の外面側に接触するフラット電線の放熱についても同様の効果がある。

また、前記構成によれば、スペーサの両側枠部の内面側に突出する谷部の先端に接触させるフラット電線と、前記両側枠部の外面側に突出する山部の先端に接触させる積層する他のフラット電線との間に、谷部から山部までの寸法相当分の空間をあけることができる。よって、積層するフラット電線同士の接触を確実に防いで高い放熱効果を保持することができる。即ち、必要とされるフラット電線間の空間や放熱効果に合わせて、前記スペーサの谷部から山部までの寸法を適宜設定することができる。

また、フラット電線の積層が必要な箇所に前記スペーサを長さ方向に間隔をあけて取り付けることにより、配索エリアに応じてワイヤハーネスを屈曲させて配索することも可能となる。さらに、前記スペーサは構造がシンプルで短時間での加工が可能であるため製造コストを低減でき、また、前記スペーサをフラット電線の側方側から前記中央連結枠部に対向する開口を通してフラット電線にワンタッチで取り付けることができるため作業性も良い。

前記スペーサを金属製とすると熱伝導性が高いため放熱性をさらに高めることができる。一方、前記スペーサを樹脂で形成する場合には、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）等の樹脂を用いることが特に好ましい。また、ゴムで形成する場合にはＥＰＤＭ等を用いることができる。

また、前記スペーサは樹脂成形品または金属編組線からなるメッシュ筒とし、該スペーサを取り付けるフラット電線を前記メッシュ筒に通し、メッシュの肉厚相当分の寸法の空間を積層するフラット電線間にあけていることも好ましい。

前記構成のメッシュ筒をスペーサとすることで、メッシュの肉厚相当分の寸法の空間を積層するフラット電線間にあけることができるため、積層するフラット電線同士の接触を確実に防いで高い放熱効果を保持することができる。
また、前記メッシュ筒からなるスペーサは多数のメッシュ穴を有しているためフラット電線がスペーサに全面密着されない構成となっている。よって、前記フラット電線から発せられた熱が前記メッシュ穴を通ってスペーサ外部にスムーズに放出されるため、スペーサを介在させても良好な放熱効果を保持することができる。
また、前記メッシュ筒からなるスペーサは可撓性を有しているため、フラット電線の長さ方向に前記スペーサを連続的に取り付けてもフラット電線の柔軟性が損なわれることがない。よって、積層が必要なフラット電線の長さ方向に前記スペーサを連続的に設けてもよいし、間隔をあけて間欠的に設けてもよい。

特に、樹脂成形品からなるメッシュ筒は、構造がシンプルで短時間での加工が可能であるため製造コストを低減でき、質量も１ｍ当たり１０ｇ以下と軽量であるためワイヤハーネスの重量に大きな影響を及ぼさない。また、前記メッシュ筒はメッシュが伸縮するため、フラット電線の幅広いサイズバリエーション（幅２０〜５０ｍｍ程度）に対応することができる。メッシュ筒を形成する樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）、エチレンプロピレンジエン（ＥＰＤＭ）等の熱可塑性樹脂が特に好ましい。前記樹脂成形品からなるメッシュ筒では、必要とされるフラット電線間の空間や放熱効果に合わせて、メッシュの肉厚、即ちメッシュを形成する樹脂糸の太さを適宜設定することができる。

一方、前記メッシュ筒を金属編組線から形成すると、熱伝導性が高いため放熱効果をさらに高めることができ、サージ対策にも効果がある。金属編組線からなるメッシュ筒では、必要とされるフラット電線間の空間や放熱効果に合わせて、メッシュの肉厚、即ち、メッシュを形成する金属素線の太さを適宜設定することができる。

また、前記スペーサを介在して積層したフラット電線の積層体を、環状の山部と谷部を長さ方向に交互に設けたコルゲートチューブの中空に挿通し、該コルゲートチューブの山部に周方向に間隔をあけて放熱穴を設けていることが好ましい。

前記のようにスペーサを介在して積層したフラット電線の積層体をコルゲートチューブの中空に挿通することにより、内部電線を保護し、固定クランプ等の部品もコルゲートチューブに安定状態で取り付けることができる。また、前記のように、コルゲートチューブの山部に周方向に間隔をあけて放熱穴を設けておくことにより、コルゲートチューブ内の通気性を高め、チューブ内の熱を効果的に外部に放出することができる。即ち、前記構成のコルゲートチューブによって、内部電線の保護効果と放熱効果を両立させることができ、コルゲートチューブに前記放熱穴を設けることによりコルゲートチューブの質量も低減できる。前記コルゲートチューブの山部に形成される放熱穴の総面積は、山部の総面積の１０〜３０％程度であることが好ましい。また、前記コルゲートチューブの中空には、前記フラット電線の積層体を一括してシールド手段である金属編組線で被覆したものを挿通することが好ましい。

前記各フラット電線の許容通電量は５０アンペア〜２００アンペア、各フラット電線の厚さは２〜１０ｍｍ、幅は２０〜５０ｍｍ、前記スペーサを介在させて設ける隣接するフラット電線間の空間は１〜５ｍｍであることが好ましい。

また、３枚の前記フラット電線を積層し、インバータとモータとを接続するものであることが好ましい。

インバータとモータとを接続するフラット電線は通電量が大きくなるため、該フラット電線の発熱に対する放熱性を高めることが重要である。したがって、本発明の構造をインバータとモータとを接続するフラット電線に適用することにより放熱効果を高め、通電可能な電流量を増やすことができる。

前述したように、本発明によれば、複数の芯線を並列した導体または断面長方形の導体を硬質樹脂で被覆したフラット電線からワイヤハーネスを構成しているため、丸電線より表面積を増大させて放熱効果を高めることができると共に、定格の電流値に対して導体断面積を小さくすることができるため、電線コストや質量の低減が可能となる。
また、積層するフラット電線の隣接面の間に断面コ字形状やメッシュ筒状のスペーサを介在させ、放熱の妨げとなるフラット電線同士の接触を該スペーサによって防止することで、高い放熱効果を保持することができる。また、前記スペーサを長さ方向に間隔をあけて配置し、または開口を有する形状としているため、前記スペーサを介在させても放熱空間は十分確保され、放熱効果が大きく損なわれることはない。

また、前記スペーサを介在して積層したフラット電線の積層体を、放熱穴を山部の周方向に間隔をあけて設けたコルゲートチューブの中空に挿通することにより、内部電線の保護効果と放熱効果の両方を高めることが可能となる。

第１実施形態におけるワイヤハーネスの配索構造を示し、（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。 第１実施形態で用いるスペーサを示し、（Ａ）はフラット電線にスペーサを予め取り付けた状態を示す概略斜視図、（Ｂ）３枚のフラット電線のうちスペーサを取り付けたフラット電線を中間に配置したフラット電線の積層体を示す概略断面図である。 コルゲートチューブの概略斜視図である。 コルゲートチューブの製造過程を示す説明図である。 第２実施形態で用いるスペーサを示す概略斜視図である。 第２実施形態におけるワイヤハーネスの配索構造を示す断面図である。 第３実施形態におけるワイヤハーネスの配索構造を示す断面図である。 従来例を示す図である。 従来例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４は本発明の第１実施形態を示している。本実施形態では、電気自動車のエンジンルーム内に設けたインバータと車輪側に設けたモータ（図示せず）とを図１に示すワイヤハーネス１０で接続している。ワイヤハーネス１０は３枚のフラット電線１１（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）から構成し、フラット電線１１の両端には機器側端子（図示せず）と接続される電線側端子（図示せず）を固着している。フラット電線１１は、図２に示すように、複数の芯線を並列した導体１２を硬質樹脂１３で被覆しており、フラット電線１１の許容通電量は５０〜２００アンペア、厚さは２〜１０ｍｍ、幅は２５〜５０ｍｍとしている。

３枚のフラット電線１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは幅方向に並行に配索されることが望ましいが、配索スペースの関係上、３枚のフラット電線１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを積層して配索しなければならない領域がある。本実施形態では、フラット電線１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの積層が必要な領域内において、積層する３枚のフラット電線１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃのうち上下を他のフラット電線１１Ａ、１１Ｃで挟まれた中間位置のフラット電線１１Ｂに、図１（Ｂ）および図２に示すようなスペーサ１４を間隔をあけて複数個取り付けている。

スペーサ１４は、図２に示すように、対向する両側枠部１５および中央連結枠部１６を備え、中央連結枠部１６の対向側を開口１７とした扁平な断面コ字形状としている。対向する両側枠部１５および中央連結枠部１６には山部１８と谷部１９を長さ方向に交互に設けており、スペーサ１４をフラット電線１１Ｂの側方側からスペーサ１４の開口１７を通してフラット電線１１Ｂに取り付けることにより、スペーサ１４の両側枠部１５、中央連結枠部１６の内面側に突出する谷部１９の先端にフラット電線１１Ｂを接触させている。なお、スペーサ１４はポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）等の樹脂またはＥＰＤＭ等のゴムで形成している。

本実施形態では、スペーサ１４の谷部１９から山部１８までの寸法を１〜５ｍｍとし、スペーサ１４の両側枠部１５の内面側に突出する谷部１９の先端に接触させるフラット電線１１Ｂと、両側枠部１５の外面側に突出する山部１８の先端に接触させる上下のフラット電線１１Ａ、１１Ｃとの間に、谷部１９から山部１８までの寸法相当分（１〜５ｍｍ）の空間をあけている。

前記のようにスペーサ１４を介在させて積層したフラット電線１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの積層体２０を一括してシールド手段である金属編組線２１で被覆し、これを図３に示すコルゲートチューブ２２の中空に挿通している。コルゲートチューブ２２は、環状の山部２３と谷部２４を長さ方向に交互に設けていると共に、山部２３の周方向に一定間隔をあけて複数の円形の放熱穴２５を設けている。コルゲートチューブ２２の山部２３に形成される放熱穴２５の総面積は、山部２３の総面積の１０〜３０％程度としている。

放熱穴２５を設けたコルゲートチューブ２２の製造方法は特に限定されないが、例えば、図４に示すような突起２６付きコルゲートチューブ２７を製造した後、一点鎖線で示された位置で突起２６を切断することにより、放熱穴２５を有するコルゲートチューブ２２を製造することができる。また、溶融手段を用いて溶融することにより放熱穴２５を形成してもよい。

前記のように、フラット電線１１からワイヤハーネス１０を構成することにより、丸電線より表面積を増大させて放熱効果を高めることができると共に、定格の電流値に対して導体断面積を小さくすることができるため、電線コストや質量の低減が可能となる。
また、スペーサ１４を中間位置のフラット電線１１Ｂに取り付けることにより、上下に積層する他のフラット電線１１Ａ、１１Ｃとの間に、スペーサ１４の谷部１９から山部１８までの寸法相当分の空間をあけることができる。よって、積層するフラット電線１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ同士の接触を確実に防いで高い放熱効果を保持することができる。

さらに、前記のように、断面コ字形状のスペーサ１４において、両側枠部１５の内面側に突出する谷部１９の先端にフラット電線１１Ｂを接触させ、フラット電線１１Ｂをスペーサ１４の両側枠部１５内面側に全面密着させていない。よって、フラット電線１１Ｂと接触していない両側枠部１５内面側の凹部に放熱空間が形成され、フラット電線１１Ｂから発せられる熱が該放熱空間および開口１７を通ってスペーサ１４の外部にスムーズに放出されるため、スペーサ１４を介在させても良好な放熱効果を保持することができる。また、スペーサ１４の両側枠部１５外面側に接触するフラット電線１１Ａ、１１Ｃの放熱についても同様の効果が得られる。

また、スペーサ１４を介在して積層したフラット電線１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃの積層体２０を、放熱穴２５を山部２３の周方向に間隔をあけて設けたコルゲートチューブ２２の中空に挿通することにより、内部電線の保護効果と放熱効果の両方を高めることが可能となる。

図５および図６は第２実施形態を示している。第２実施形態では、スペーサ２８として図５に示すような押し出し成形された樹脂成形品からなるメッシュ筒をフラット電線１１Ｂに通した点以外は第１実施形態と同様としている。なお、本実施形態ではメッシュ筒からなるスペーサ２８は積層が必要な領域の長さ方向に連続的に取り付け（図６）、メッシュ筒はポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）等の樹脂、または、ＥＰＤＭ等のゴムで形成している。また、本実施形態のメッシュ筒からなるスペーサ２８は、ひし形のメッシュ穴２９が形成されるように樹脂糸３０をスパイラル状に押し出してメッシュ状に編組したものであり、樹脂糸３０の太さを１〜５ｍｍとしている。

第２実施形態においても、メッシュ筒からなるスペーサ２８を中間位置のフラット電線１１Ｂに通すことにより、上下に積層する他のフラット電線１１Ａ、１１Ｃとの間に、メッシュの肉厚相当分、即ち、メッシュを形成する樹脂糸３０の太さ（１〜５ｍｍ）相当分の空間をあけることができる。よって、積層するフラット電線１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ同士の接触を確実に防いで高い放熱効果を保持することができる。

また、メッシュ筒からなるスペーサ２８は多数のメッシュ穴２９を有しているためフラット電線１１Ｂがスペーサ２８に全面密着されない構成となっている。よって、フラット電線１１Ｂから発せられた熱がメッシュ穴２９を通ってスペーサ外部にスムーズに放出されるため、スペーサ２８を介在させても良好な放熱効果を保持することができる。スペーサ２８の外面側に接触するフラット電線１１Ａ、１１Ｃの放熱についても同様の効果が得られる。また、メッシュ筒からなるスペーサ２８は可撓性を有しているため、フラット電線１１Ｂの長さ方向にスペーサ２８を連続的に取り付けてもフラット電線１１Ｂの柔軟性が損なわれることがない。

図７は第３実施形態を示している。第３実施形態では、スペーサ３１として図７に示すような金属編組線からなるメッシュ筒をフラット電線１１Ｂに通した点以外は第２実施形態と同様としている。なお、本実施形態ではメッシュ筒のメッシュを形成する金属素線の太さを０．１〜１ｍｍとしている。

第３実施形態においても、第２実施形態と同様、積層するフラット電線１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ同士の接触を確実に防いで高い放熱効果を保持することができる。また、スペーサ３１をフラット電線間に介在させても、スペーサ３１に多数のメッシュ穴が形成されているため、放熱効果が損なわれない。さらに、スペーサ３１を熱伝導性の高い金属編組線で形成しているため放熱効果をより高めることができ、サージ対策にも効果的である。

前記第１〜第３実施形態では、スペーサ１４、２８、３１を中間位置のフラット電線１１Ｂに取り付けているが、他のフラット電線１１Ａ、１１Ｃにも取り付けることができる。また、前記第２、第３実施形態では、スペーサ２８、３１を積層が必要な領域に連続的に取り付けているが、間隔をあけて間欠的に取り付けてもよい。

１０ ワイヤハーネス
１１ フラット電線
１４、２８、３１ スペーサ
１５ 両側枠部
１６ 中央連結枠部
１８、２３ 山部
１９、２４ 谷部
２０ 積層体
２２ コルゲートチューブ
２５ 放熱穴

Claims (7)

1. ハイブリッド自動車または電気自動車に配索するワイヤハーネスの配索構造であって、 複数の芯線を並列した導体または断面長方形の導体を硬質樹脂で被覆したフラット電線を複数積層して配線し、該積層するフラット電線の隣接面の間にスペーサを介在させてフラット電線同士を接触させず、かつ、該スペーサは長さ方向に間隔をあけて配置しまたは開口を有する形状として放熱空間を設けているワイヤハーネスの配索構造。
2. 前記スペーサは、２枚積層するフラット電線では一方のフラット電線に、３枚以上積層するフラット電線では両側を挟まれた中間位置のフラット電線に予め取り付けておく形状とし、該スペーサは絶縁樹脂、エラストマー、ゴム、金属のいずれかからなる請求項１に記載のワイヤハーネスの配索構造。
3. 前記スペーサは、硬質樹脂製または金属製で断面コ字形状とし、該スペーサを取り付けるフラット電線に対して長さ方向に間隔をあけて取り付けるものであり、該スペーサは対向する両側枠部および中央連結枠部にそれぞれ山部と谷部を長さ方向に交互に設けた形状とし、内面側の突出する谷部の先端を前記フラット電線に接触させている請求項１または請求項２に記載のワイヤハーネスの配索構造。
4. 前記スペーサは樹脂成形品または金属編組線からなるメッシュ筒とし、該スペーサを取り付けるフラット電線を前記メッシュ筒に通し、メッシュの肉厚相当分の寸法の空間を積層するフラット電線間にあけている請求項１または請求項２に記載のワイヤハーネスの配索構造。
5. 前記スペーサを介在して積層したフラット電線の積層体を、環状の山部と谷部を長さ方向に交互に設けたコルゲートチューブの中空に挿通し、該コルゲートチューブの山部に周方向に間隔をあけて放熱穴を設けている請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載のワイヤハーネスの配索構造。
6. 前記各フラット電線の許容通電量は５０アンペア〜２００アンペア、各フラット電線の厚さは２〜１０ｍｍ、幅は２０〜５０ｍｍ、前記スペーサを介在させて設ける隣接するフラット電線間の空間は１〜５ｍｍである請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のワイヤハーネスの配索構造。
7. ３枚の前記フラット電線を積層し、インバータとモータとを接続するものである請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のワイヤハーネスの配索構造。

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