JP2013121779A - コネクタ保護構造 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突時におけるサイドメンバの折れ曲がり変形によるサイドメンバとコネクタの接触を防止することのできるコネクタ保護構造であって、サイドメンバとコネクタの間に形成され、サイドメンバからコネクタに向かう方向の荷重入力方向より加わる衝撃エネルギを吸収する衝撃吸収装置を備えたコネクタ保護構造を提供する。
【解決手段】コネクタ保護構造１は、コネクタ２０を保護する金属製のプロテクタ１０と、プロテクタ１０に取り付けられた２個の金属製のコルゲートチューブ１４及び接触板１５と、を有している。プロテクタ１０は、固定部１１，１２とコルゲートチューブ１４が取り付けられた保護部１３とを有し、固定部１１はモータケース３０にボルト固定によってプロテクタ自身を固定し、固定部１２はサイドメンバとのクリアランスを確保するために切り欠きが設けられている。
【選択図】図２

Description

車両を駆動するモータがモータケースに収容され、衝突時の衝撃荷重から、車両のサイドメンバ近傍に配置されたモータケースのコネクタを保護するコネクタ保護構造に関する。

モータによって車両を駆動する電気自動車や、モータとエンジンを搭載したハイブリッド自動車等の車両が知られている。これらの車両では、走行性能を向上させるため高電圧のバッテリの電力を制御してモータに供給するインバータや高電圧のパワーケーブルを有していることから、衝突事故に対するさまざまな検討が進んでいる。これらの車両における衝突事故では、軽度の衝突のときにはインバータが故障せず、パワーケーブルの断線やコネクタ破損も発生しないことが望ましい。また、衝撃が大きい衝突事故においても、バッテリの高電圧遮断機能やインバータ内の高電圧の急速放電機能が正常に働き、パワーケーブルの断線やコネクタの破損による漏電が発生しないことが望ましい。

近年、このような機能を実現するためにパワーケーブルの断線やコネクタの破損を防止するいくつかの技術が開示されている。例えば、特許文献１には、モータのコネクタをハウジングに収容し、金属製コネクタカバーで覆うことで他の部品との接触を防止する技術が開示されている。具体的には、車両の衝突時によって作用する衝突荷重により、車両前方からコネクタ収容部に向かってラジエータの電動ファン等の部品が移動する場合において、その部品をコネクタ収容部に直接衝突させずにコネクタカバーの傾斜部が他部品に対する衝突受け面とすることで、コネクタへの直接の衝突を回避することが示されている。さらに、傾斜部は滑り面となり、インバータ移動による衝突衝撃を斜め前方に分散させ、緩和させることができる。また、衝撃を吸収する構造として特許文献２には、フレームと燃料タンクの間に設けられた蛇腹状の変形材料により燃料タンクに加わるエネルギを吸収・分散する構造が開示されている。

特開２００９−３８９２０号公報 特開２００８−１４３４６３号公報

上述した特許文献１では、モータケースとインバータを別々に配置してモータケースの上面にコネクタカバーを設ける形式となっているため、モータケースとインバータとの間に無駄な空間ができていた。また、特許文献２のように蛇腹状の変形材料によりエネルギ吸収・分散させる方法も同様にモータケースと変形材料との間に無駄な空間ができる。そこで、無駄な空間を無くすため、モータケースとインバータを別々に配置してモータケースの上面にコネクタカバーを設ける形式から、モータケースの上にインバータを配置することによりモータケースの車両後方、かつ、サイドメンバ近傍にモータのコネクタを形成する搭載方法が検討されている。

しかしながら、モータケースの車両後方、かつ、サイドメンバ近傍にモータのコネクタを形成すると、車両前方から部品が移動してコネクタに接触する可能性は低下するものの、車両衝突時にサイドメンバが折れ曲がり、モータのコネクタに接触する恐れがある。特に、サイドメンバの変形量が大きい場合にはサイドメンバ自身の全長短縮と後退による衝撃荷重（衝撃エネルギ）によりコネクタを押し込み、モータのコネクタが破損することになる。これは、サイドメンバ近傍にモータのコネクタを配置する場合において、コネクタの保護について考慮されていないためである。

そこで、本発明に係るモータのコネクタ保護構造は、衝突時におけるサイドメンバの折れ曲がり変形によるサイドメンバとコネクタの接触を防止することのできるコネクタ保護構造であって、サイドメンバとコネクタの間に形成され、サイドメンバからコネクタに向かう方向の荷重入力方向より加わる衝撃エネルギを吸収する衝撃吸収装置を備えたコネクタ保護構造を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係るコネクタ保護構造は、車両を駆動するモータがモータケースに収容され、車両のサイドメンバ近傍に配置されたモータケースのコネクタを衝突時の衝撃荷重から保護するコネクタ保護構造であって、サイドメンバの折れ曲がり変形によるサイドメンバとコネクタの接触を防止するため、サイドメンバとコネクタの間に取り付けられた金属製プロテクタと、サイドメンバからコネクタに加わる衝撃荷重を吸収するように金属製プロテクタに取り付けられた衝撃吸収装置と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るコネクタ保護構造において、衝撃吸収装置は、サイドメンバ自身の潰れに伴う後退によりサイドメンバからコネクタに向かう荷重入力が車両側方から車両後方へ変化し、荷重入力の変化に応じて金属プロテクタに加わる荷重を吸収すると共に荷重を分散することを特徴とする。

また、本発明に係るコネクタ保護構造において、衝撃吸収装置は、単一又は複数の衝撃吸収量の異なる蛇腹状の吸収材を組み合わせたことを特徴とする。

さらに、本発明に係るコネクタ保護構造において、吸収材は金属製コルゲートチューブであることを特徴とする。

本発明に係るコネクタ保護構造を使用することにより、スペースの制限があってもサイドメンバからの衝撃荷重（衝撃エネルギ）を吸収でき、さらにサイドメンバの全長短縮により変化する衝撃荷重入力に追従することが可能となる。また、吸収しきれないほどの衝撃荷重であっても、衝撃エネルギをモータケースのコネクタへ向かわないように反らすことができるという効果がある。

本発明の実施形態に係る車両に搭載されたコネクタ保護構造の概要を説明する説明図である。 本実施形態に係るコネクタ保護構造の斜視図である。 本実施形態のコネクタ保護構造に加わる初期の荷重変化を説明する説明図である。 本実施形態のコネクタ保護構造に加わる後期の荷重変化を説明する説明図である。 本実施形態に係るコネクタ保護構造のエネルギ吸収体装置の断面を示した端面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１と図１（Ａ）の拡大図は車両に搭載されたコネクタ保護構造１の概要を示している。最初に、エンジンコンパートメント２内に配置されているコネクタ保護構造１の周辺構造について概説する。エンジンコンパートメント２は、エンジン３２とモータケース３０を囲むように形成され、破線で示した２本の変形前のサイドメンバ３３と、車両先端部でサイドメンバ３３を接続する破線で示した変形前のフロントクロスメンバ３４と、で囲まれた空間を有している。エンジンコンパートメント２の中には、エンジン３２に接続されたモータケース３０と、モータケース３０の上に配置されたＰＣＵ３１のＰＣＵコネクタ２３と、が配置され、ＰＣＵ３１からモータケース３０に延びるパワーケーブル２１，２４がモータケースのコネクタ２０，２５に接続されている。

図１の実線で示したフロントクロスメンバ３４とサイドメンバ３３は車両の衝突によって変形した状況を示している。図１（Ａ）の拡大図に示すようにモータケースのコネクタ２０には、サイドメンバ３３とコネクタ２０の接触を防止するために、金属製のコルゲートチューブ１４が取り付けられた金属製のプロテクタ１０が取り付けられている。このような構造を採用した理由の一つは、取り付けスペースの制限によりサイドメンバ３３とコネクタ２０とを近づけて配置する必要があったことによる。次に、図２を用いてコネクタ保護構造１について詳説する。

図２はコネクタ保護構造１の斜視図を示し、モータケース３０の端部に取り付けられたコネクタ保護構造１を示している。コネクタ保護構造１は、コネクタ２０を保護する金属製のプロテクタ１０と、プロテクタ１０に取り付けられた２個の金属製のコルゲートチューブ１４及び接触板１５と、を有している。プロテクタ１０は、固定部１１，１２とコルゲートチューブ１４が取り付けられた保護部１３とを有し、固定部１１はモータケース３０にボルト固定によってプロテクタ自身を固定し、固定部１２はサイドメンバとのクリアランスを確保するために切り欠きが設けられている。さらに、プロテクタ１０は約５ｍｍ厚の熱間圧延鋼鈑、鋳鉄又はアルミニウム鋳造品により形成されている。固定部１１，１２に接続された保護部１３は、縦置きに配置された２個のコルゲートチューブ１４を保持すると共にコネクタ２０を保護する。熱間圧延鋼板の薄板から形成されたコルゲートチューブ１４を２個縦方向に配置した理由は、コネクタ２０の長手方向（縦方向）を保護するためであり、プロテクタ１０のコルゲートチューブ１４がサイドメンバの変形に追従しやすいように上下方向に比べて前後方向の自由度を高めるためである。

なお、保護部１３の後方には、モータケース３０に収容されているモータ（三相交流モータ）と３本のパワーケーブル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）がコネクタ２０によって電気的に接続され、コネクタ２０とモータケース３０は、コネクタプレート２２を介してボルト固定されている。

図２のような構成にすることで、保護部１３がコネクタ２０を保護すると共に、サイドメンバ変形に応じて並列配置された２個のコルゲートチューブ１４が除々に潰れることで衝突エネルギを吸収し、コルゲートチューブ無しのプロテクタに比べて大きな衝撃荷重に耐えることが可能となる。コルゲートチューブは熱間圧延鋼鈑の薄板により形成されているため衝撃荷重を鋼鈑の塑性変形により吸収している。

図３はコネクタ保護構造１に加わる初期荷重（衝撃荷重）の変化を示し、図４は後期荷重が加わる状態を示している。車両衝突時の潰れ現象は１秒以下で終了する非常に複雑な変形であるので、説明の都合上、初期の衝突は図３のサイドメンバ３３が後退及び車両側方から車両内側に向かって変位する状況であると仮定し、後期の衝突は図４のサイドメンバ３３が後退及び折れ曲がりを伴って変位する状況であると仮定して説明する。なお、すでに説明したコネクタ保護構造１の符号については説明を割愛する。

図３のサイドメンバ３３が、衝撃荷重により後退及び車両側方から車両内側に向かって変位する状況において、まず、変位したサイドメンバ３３が、接触板１５に接触してコルゲートチューブ１４を押し込む。次に、加わった衝撃荷重によりコルゲートチューブ１４には図３に示すように荷重Ｆが加わることになる。荷重Ｆに対して金属製のプロテクタ１０が荷重Ｆの反力を受け持ち、荷重Ｆがコルゲートチューブ１４の潰れ強度を上回る場合には、衝撃荷重のエネルギを吸収しながらコルゲートチューブ１４が除々に潰れる。ここで、コルゲートチューブ１４の潰れ強度は、プロテクタ１０の固定部１１，１２及び保護部１３の強度とほぼ同等又はそれより低い強度となっており、プロテクタ１０に先だって衝撃荷重のエネルギを吸収することができるように設計されている。次に、サイドメンバ３３がプロテクタ１０の固定部１１に接触すると、プロテクタ１０の荷重受け持ち割合が増加する。車両衝突が軽度の場合には、コルゲートチューブ１４がわずかな潰れにより図３に示した荷重Ｆを吸収するだけですむ場合があるが、車両衝突が重度の場合には、図４に示した後期の衝突荷重Ｆがさらに加わることになる。

図４のサイドメンバ３３が衝突荷重により後退及び折れ曲がりを伴って変位する状況において、変位したサイドメンバ３３が、車両後方から車両前方に向かってコルゲートチューブ１４を押し込むことになる。次に、加わった衝撃荷重によりコルゲートチューブ１４には図４に示すように荷重Ｆが加わることになる。コルゲートチューブ１４はサイドメンバ自身の変形に追従するように塑性変形することで荷重Ｆの入力方向が変化する。荷重Ｆはプロテクタ１０に対し、車両内側への荷重成分Ｆ１と、車両前方側への荷重成分Ｆ２に分散される。このとき、荷重成分Ｆ１は、コルゲートチューブ１４の塑性変形により吸収され、その後はプロテクタ１０の固定部１２と保護部１３が荷重を受け持つことになる。同様にして荷重成分Ｆ２は、コルゲートチューブ１４の塑性変形により吸収され、その後は固定部１１，１２を介してモータケース３０への荷重として加わる。よって、過大な衝撃荷重が加わった場合でも、コルゲートチューブ１４が荷重の分散と吸収の役割を担うことによりサイドメンバ３３とコネクタ２０との接触及び荷重入力を防止することが可能となる。

図５はプロテクタ１０のエネルギ吸収体装置の断面を示している。上述したように、本実施形態では、プロテクタ１０の保護部１３に２個のコルゲートチューブ１４が並列に取り付けられている。また、コルゲートチューブ１４の潰れ強度は、プロテクタ１０の固定部１１，１２及び保護部１３の強度とほぼ同等又はそれより低い強度となっており、衝撃荷重のエネルギを吸収することができるように設計されている。以下、図５を用いて強度を確保している構造について説明する。

コルゲートチューブ１４は、２重構造となっており、外側の第１チューブ１４ａと内側の第２チューブ１４ｃを有している。また、初期の荷重により潰れ易くすると共に、後期の荷重にも耐えながら潰れるようにするため、保護部１３側の第１チューブ１４ａと第２チューブ１４ｃの外側、かつ、根元に第１外装チューブ１４ｂと第２外装チューブ１４ｄが設けられている。一般的に、熱間圧延鋼板の薄板を加工してコルゲートチューブを製造すると潰れやすいコルゲートチューブとなる。しかしながら、コルゲートチューブの潰れ強度を高めるために、厚板を加工することも可能であるが、プロテクタ保護を目的とした場合、コルゲートチューブの部分的な肉厚増加や部分的に複数のコルゲートチューブを組み合わせることでコルゲートチューブを強化することが必要となる。そこで、本実施形態では、上述したような２重構造と根元を強化してスムーズな塑性変形が可能な構造を採用した。

このようなコルゲートチューブ１４は、図５の拡大図に示したように、保護部１３のリング溝３５に各チューブの係止爪３６がそれぞれ嵌り合うことで固定されている。このような固定方法を採用したのは、荷重が圧縮方向のみであり、引っ張り荷重を考慮する必要が無いためである。係止爪３６は荷重が圧縮方向に加わる場合、円周方向に食い込むように変形してチューブと保護部１３の接続がより強固になる。なお、接触板１５とコルゲートチューブ１４も同様な接続方法を採用しているが、本実施形態に示す接続方法の他に、コルゲートチューブ１４の端部にフランジを形成させ、溶接やネジ留めで接続する方法でも良いことはいうまでもない。

本実施形態では、第１チューブ１４ａの中に第２チューブ１４ｃを配置することで、エネルギ吸収量の増加や変形量を調整し、サイドメンバの折れ曲がり箇所を制御するため、第１外装チューブ及び第２外装チューブを第１チューブ及び第２チューブの根元に取り付けて、サイドメンバとモータケースコネクタとの接触を防止している。なお、本実施形態に示した他に、根元に向かって強度が得られるような最適な設計が可能であれば、１重のコルゲートチューブでも良いし、コルゲートチューブ内部の空間に発泡樹脂や衝撃を吸収する弾性ゴム（エラストマ他）等を充填した変形材料充填構造にすることで衝撃荷重の向上を図ることも可能となる。

以上、上述したように本実施形態のコネクタ保護構造を使用することにより、スペースの制限があってもサイドメンバからの衝撃エネルギを吸収でき、さらにサイドメンバの全長短縮により変化する衝撃荷重入力に追従することができる。また、吸収しきれないほどの衝撃エネルギや衝撃荷重であっても、衝撃エネルギをモータケースのコネクタへ向かわないように反らすことができる。

１ コネクタ保護構造、２ エンジンコンパートメント、１０ プロテクタ、１１，１２ 固定部、１３ 保護部、１４ コルゲートチューブ、１４ａ 第１チューブ、１４ｂ 第１外装チューブ、１４ｃ 第２チューブ、１４ｄ 第２外装チューブ、１５ 接触板、２０，２５ コネクタ、２１，２４ パワーケーブル、２２ コネクタプレート、２３ ＰＣＵコネクタ、３０ モータケース、３２ エンジン、３３ サイドメンバ、３４ フロントクロスメンバ、３５ リング溝、３６ 係止爪。

Claims (4)

1. 車両を駆動するモータがモータケースに収容され、衝突時の衝撃荷重から、車両のサイドメンバ近傍に配置されたモータケースのコネクタを保護するコネクタ保護構造であって、
   サイドメンバの折れ曲がり変形によるサイドメンバとコネクタの接触を防止するため、サイドメンバとコネクタの間に取り付けられた金属製プロテクタと、
   サイドメンバからコネクタに加わる衝撃荷重を吸収するように金属製プロテクタに取り付けられた金属製の衝撃吸収装置と、
   を備えたコネクタ保護構造。
2. 請求項１に記載のコネクタ保護構造において、
   衝撃吸収装置は、サイドメンバ自身の潰れに伴う後退によりサイドメンバからコネクタに向かう荷重入力が車両側方から車両後方へ変化し、荷重入力の変化に応じて金属プロテクタに加わる荷重を吸収すると共に荷重を分散するコネクタ保護構造。
3. 請求項１又は２に記載のコネクタ保護構造において、
   衝撃吸収装置は、単一又は複数の衝撃吸収量の異なる蛇腹状の吸収材を組み合わせたコネクタ保護構造。
4. 請求項３に記載のコネクタ保護構造において、
   吸収材は金属製コルゲートチューブであることを特徴とするコネクタ保護構造。

Images