JP2013193692A

JP2013193692A - 高電圧機器

Info

Publication number: JP2013193692A
Application number: JP2012065845A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yamanaka; 賢史山中; Shinichiro Masaki; 進一朗正木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】インターロック機構を簡素化し、製造コストを削減するとともに、小型化を図ることができる高電圧機器を提供する。
【解決手段】車両に登載される高電圧機器１０の筐体３０は、接続端子３６へのアクセス用開口３７、および、コネクタ受口４０を備える。アクセス用開口３７は、前記筐体３０に着脱自在のカバー体３２で覆われる。コネクタ受口４０には、前記コネクタ受口４０から離脱することで前記接続端子３６への電力供給が遮断される低圧コネクタ４２が装着される。カバー体３２は、差込孔５４が形成された孔形成部５２を有する。前記低圧コネクタ４２は、前記差し込み孔５４に挿通され、前記低圧コネクタ４２の前記筐体３０からの離脱に先立つ前記カバー体３２の前記筐体３０からの離脱を疎外するフック５０を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両に搭載される高電圧機器、例えば、車両の電動機に電気的に接続されるインバータなどに関し、特に、この機器のインターロック機構の改良に関する。

従来から、車両に高電圧機器が搭載されることがあった。例えば、近年、環境問題を考慮して、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などのように、電動機の出力により走行する車両が注目されている。このような車両には、電動機に接続される電源として充放電可能なバッテリとともに、電動機とバッテリの間で授受される電力を制御するインバータ装置などの高電圧機器が搭載されている。

この高電圧機器の点検又は整備作業は、通常、高電圧機器の筐体から、筐体内部の高電圧領域を保護するカバー体を外して行われるため、電気事故に対する安全対策が施されている。この安全対策として、筐体からカバー体を外すと高電圧機器に供給される電力を遮断するインターロック回路を設ける場合がある。

電力を遮断する手段としては、高電圧機器とＥＣＵを電気的に接続する低圧コネクタを高電圧機器から取り外すことが考えられる。高電圧機器は、低圧コネクタを介してＥＣＵと接続されており、当該低圧コネクタを介して送受される信号により、高電圧機器の各部への電力供給が行なわれる。したがって、低圧コネクタを高電圧機器から取り外すことにより、高電圧機器への電力供給が遮断される。

特開２０１１−１６６９９３号公報

しかし、従来、高電圧領域を保護するカバー体は、低圧コネクタの装着状況に関わらず、単独で取り外すことができた。そのため、低圧コネクタを取り外さない状態で、カバー体の取り外し、ひいては、高電圧領域へのアクセスが可能となっていた。

こうした問題を避けるために、特許文献１には、コネクタ端子の近傍にインターロックコネクタを、コネクタ端子を覆う保護カバーに、前記インターロックコネクタに挿入されることで端子への電流の流れがＯＮになるインターロックピンを設けた技術が開示されている。かかる技術によれば、保護カバーを取り外すことで、インターロックピンの離脱が計られ、ひいては、端子への電力供給が遮断されるインターロック機能が確保できる。

しかしながら、こうしたインターロックコネクタやインターロックピン等を設けることは、コストの増加や重量増加を招く。また、端子近傍にインターロックコネクタを設けた場合、端子周辺のスペースが低減してしまい、端子への各種作業がしづらくなるという問題もあった。

そこで、本発明では、インターロック機構を簡素化し、製造コストを削減するとともに、小型化を図ることができる高電圧機器を提供することを目的とする。

本発明の高電圧機器は、車両に登載される高電圧機器であって、その内部に設けられた接続端子へのアクセス用開口、および、前記アクセス用開口の外側位置に設けられたコネクタ受口を備える筐体と、前記筐体に着脱自在で、前記アクセス用開口を覆うべく前記筐体に取り付けられるカバー体と、前記コネクタ受口に対して着脱自在であり、前記コネクタ受口から離脱することで前記接続端子への電力供給が遮断される低圧コネクタと、を備え、前記低圧コネクタおよびカバー体の一方は、差込孔が形成された孔形成部を有し、前記低圧コネクタおよびカバー体の他方は、前記カバー体を前記筐体に装着した後に前記低圧コネクタを前記コネクタ受口に装着した際に前記差込孔に挿通され、前記低圧コネクタの前記筐体からの離脱に先立つ前記カバー体の前記筐体からの離脱を疎外するフックを有する、ことを特徴とする高電圧機器。

本発明によれば、低圧コネクタを外した後でなければ、カバー体を取り外せないため、別途、インターロックコネクタを設けなくても、接続端子を露出する際には確実に高電圧を遮断することができる。そして、インターロックコネクタ等を設ける必要がないため、製造コストの削減や小型可が可能となる。

本発明の実施形態に係る電気自動車の構成を示す図である。本発明の実施形態に係る高電圧機器の構成を示す図である。高電圧機器の概略斜視図である。従来の高電圧機器の概略斜視図である。

以下、本発明に係る高電圧機器の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、電動機の出力で走行する電気自動車を挙げ、この自動車に搭載される高電圧機器１０について説明する。なお、本発明は、電気自動車に限らず、内燃機関と電動機との出力で走行する車両、すなわちハイブリッド車両用の高電圧機器、または燃料電池車両用の高電圧機器１０にも適用できる。

まず、本実施形態に係る高電圧機器１０を搭載する電気自動車１２の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る電気自動車１２の構成を示す図である。

電気自動車１２は、原動機として電動機１４を有する。電動機１４には、動力伝達機構１６を介して駆動輪１８が接続される。電動機１４の動力は、動力伝達機構１６を介して、駆動輪１８に伝達され、電気自動車１２が走行する。

また、電気自動車１２は、パワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ」と記す）２０と、バッテリ２２とを有する。電動機１４は、ＰＣＵ２０を介してバッテリ２２に電気的に接続される。

この電気自動車１２に搭載されるＰＣＵ２０は、例えば数百Ｖもの高電圧が印加される高電圧機器１０に対応し、コンバータとインバータ（ともに図示せず）とを含む。インバータは、６個のスイッチング素子を含む三相ブリッジ回路を有し、これらのスイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする装置である。コンバータは、リアクトルとスイッチング素子とを有し、スイッチング素子のスイッチング動作によりリアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出とを繰り返し、入力電圧を変換して出力電圧を得る装置である。なお、本実施形態においては、ＰＣＵ２０がインバータとコンバータとを含む場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、ＰＣＵ２０がコンバータまたはインバータのいずれか一方であってもよい。

バッテリ２２は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリなどで構成される。もちろん、バッテリ２２が、二次電池以外の充放電可能な蓄電器、例えばキャパシタで構成されてもよい。

バッテリ２２に蓄えられた電力は、ＰＣＵ２０により昇圧されるとともに直流から交流に変換された後に、電動機１４に供給され、電動機１４を駆動する。また、回生時に電動機１４により発電された電力は、ＰＣＵ２０により交流から直流に変換されるとともに降圧された後に、バッテリ２２に送られて蓄えられる。

次に本実施形態の高電圧機器１０の構成について、図２を用いて説明する。図２は、高電圧機器１０の構成を示す図である。

高電圧機器１０は、高電圧機器１０の筐体３０、筐体３０に着脱可能に取り付けられるカバー体３２および低圧コネクタ４２などを備える。筐体３０の内部には、高電圧機器１０を制御する制御基板３４や、接続端子３６などが収容される。

低圧コネクタ４２は、筐体３０に設けられたコネクタ受口４０に着脱自在に装着されるコネクタであり、信号ライン４４を介してＥＣＵ３８に電気的に接続されている。また、コネクタ受口４０は、信号ライン４６を介して制御基板３４に電気的に接続されている。そして、この低圧コネクタがコネクタ受口４０に装着されることで、制御基板３４およびＥＣＵ３８が、この低圧コネクタ、コネクタ受口、および信号ライン４４，４６を介して電気的に接続される。制御基板３４およびＥＣＵ３８は、当該信号ライン４４，４６等を介して信号の送受を行う。ＥＣＵ３８は、電気自動車１２の状況に応じて高電圧機器１０及び電動機１４を制御するべく各種信号を高電圧機器１０やバッテリに送る。

信号ライン４４，４６は、ＥＣＵ３８を起点として、ＥＣＵ３８から低圧コネクタ４２、コネクタ受口４０を介して、筐体３０内に入り、制御基板３４に接続される。したがって、低圧コネクタ４２がコネクタ受口４０から取り外されると、信号ライン４４，４６の導通が遮断される。信号ライン４４，４６の導通が遮断されると、ＥＣＵ３８は、バッテリ２２に対して、高電圧機器１０への電力供給の遮断を指示する。つまり、本実施形態において、低圧コネクタ４２は、筐体３０から取り外すことにより、高電圧機器１０の各部への電力供給を遮断するインターロック回路を含んでいる。

接続端子３６は、電気ケーブル（図示せず）を介して、高電圧機器１０と電動機１４とを電気的に接続する端子で、高電圧が供給される。したがって、この接続端子３６の周辺が高電圧領域となる。通常、この接続端子３６で構成される高電圧領域は、カバー体３２により覆われ、保護されている。

すなわち、筐体３０には、点検又は整備作業時において、作業者が、接続端子へアクセスすることを許容するためのアクセス用開口３７が形成されている。カバー体３２は、このアクセス用開口３７を覆う部材である。このカバー体３２は、ボルトなどの着脱手段により、筐体３０に着脱自在となっている。

ここで、作業者が、接続端子３６に対して作業を行なう場合には、感電防止のために、予め、当該接続端子３６への電力供給を遮断することが要求される。電力供給の遮断は、既述したとおり、低圧コネクタ４２をコネクタ受口４０から取り外すことで可能であるが、従来の高電圧機器１０では、低圧コネクタ４２の着脱状況に関係なく、カバー体３２の取り外しが可能となっていた。そのため、従来の高電圧機器１０では、低圧コネクタ４２がコネクタ受口４０に装着された状態で、カバー体３２が取り外され、接続端子３６が外部に露出することがあった。このとき、接続端子３６に高電圧が供給されたままの場合、感電のおそれがある。そこで、こうした問題を避けるために、従来の高電圧機器１０では、カバー体３２の着脱に応じて、電力の供給が許容・遮断されるインターロック機構を、接続端子３６の近傍に設けていた。具体的には、図４に示すように、従来の高電圧機器１０では、カバー体３２の裏面にインターロックコネクタ６０を、接続端子３６の近傍にインターロックコネクタ６０が挿入されるコネクタ受口６２を設けていた。このインターロックコネクタ６０は、コネクタ受口６２に挿入されることで接続端子３６への電力供給を許容し、コネクタ受口６２から取り外されることで接続端子３６への電力供給を遮断するインターロック回路を有している。かかるインターロックコネクタ６０をカバー体３２に取り付けることで、カバー体３２の着脱に応じて電力の供給が許容・遮断されることになる。そして、結果として、接続端子３６への電力供給が遮断されないまま、カバー体３２が取り外される（接続端子３６が外部に露出する）問題を確実に防止できる。

しかしながら、こうした従来の技術によれば、低圧コネクタ４２とは別にインターロック回路を別途、追加する必要があり、スペース増加やコスト増加といった問題を招いていた。

そこで、本実施形態では、低圧コネクタ４２およびカバー体３２に、差込孔５４およびフック５０を設け、低圧コネクタ４２を外さない限りカバー体３２を外せないようにした。これについて、図３を参照して説明する。図３は、高電圧機器１０の概略斜視図である。

図３に示すように、本実施形態では、カバー体３２のうち、低圧コネクタ４２寄りの周縁に、フック５０を設けている。このフック５０は、面方向外側に延びた後、上方向、すなわち、カバー体３２が筐体３０から離脱する方向に屈曲する略Ｌ字状となっている。

また、低圧コネクタ４２のうち、カバー体３２寄りの周縁からは、面方向外側に突出する孔形成部５２が形成されている。この孔形成部５２には、フック５０が挿通される差込孔５４が形成されている。この差込孔５４は、低圧コネクタ４２の着脱方（上下方向）に貫通した孔で、カバー体３２を筐体３０に取り付けた後に低圧コネクタ４２を筐体３０（コネクタ受口４０）に取り付けた場合に、フック５０が挿通される位置に設けられている。

低圧コネクタ４２を筐体３０に取り付けた際における孔形成部５２の底面は、カバー体３２を筐体３０に取り付けられた際におけるフック５０の下端より高くなる（筐体表面までの距離が大きくなる）位置に設けられている。したがって、低圧コネクタ４２およびカバー体３２を筐体３０に取り付ける場合には、必ず、カバー体３２を先に取り付ける必要がある。カバー体３２に先立って低圧コネクタ４２を筐体３０に取り付けた場合、その後、カバー体３２を筐体３０に取り付けようとしても、カバー体３２のフック５０が、低圧コネクタ４２の孔形成部５２と干渉し、カバー体３２が取り付けられないためである。そして、カバー体３２、低圧コネクタ４２の順に、筐体３０に取り付けることで、差込孔５４にフック５０が挿通される。

かかる構成とした場合、当然ながら、筐体３０に取り付けられたカバー体３２は、必ず、低圧コネクタ４２が取り外された後でないと取り外せないことになる。低圧コネクタ４２に先立って、カバー体３２を筐体３０から取り外そうとしても、フック５０の一部が孔形成部５２と干渉するためである。

ここで、低圧コネクタ４２は、既述したとおり、接続端子３６への電力供給を許容・遮断するインターロック回路を有している。この低圧コネクタ４２を取り外さない限り、カバー体３２が取り外せない構成とすることで、接続端子３６に高電圧が供給されたまま、当該接続端子３６が外部に露出（カバー体３２が取り外される）ことが確実に防止される。

ここで、この低圧コネクタ４２は、ＥＣＵ３８との間での信号送受する信号ライン４４を筐体３０に接続するためのコネクタであり、高電圧機器１０において、必須のコネクタである。本実施形態では、かかる必須のコネクタを利用して、接続端子３６を露出する前に確実に高電圧供給を遮断するインターロック機能を実現している。これにより、従来技術のように、別途、インターロックコネクタ６０や当該コネクタ６０を受ける受口６２を形成する必要がなくなる。その結果、従来に比べて、高電圧機器１０の体格を低減でき、また、コストも下げることができる。また、本実施形態では、カバー体３２、低圧コネクタ４２の周縁に、フック５０、差込孔５４を形成しただけであるため、従来からの設計変更量を非常に少なくできる。

なお、本実施形態では、低圧コネクタ４２に差込孔５４を、カバー体３２にフック５０を設けているが、低圧コネクタ４２およびカバー体３２の取り外し順序が規制でき得るのであれば、差込孔５４・フック５０の形成箇所は逆であってもよい。すなわち、低圧コネクタ４２にフック５０を、カバー体３２に差込孔５４を設けてもよい。この場合、低圧コネクタ４２に設けるフック５０は、面方向外側に延びた後、下方向（筐体３０の表面に近づく方向）に延びる略Ｌ字状とする。また、カバー体３２において差込孔５４が形成される孔形成部５２の上端は、フック５０の上端より下側（筐体３０の表面に近い位置）に位置するようにする。かかる構成とすることで、低圧コネクタ４２を取り外した後でなければ、カバー体３２を取り外せなくなり、結果として、接続端子３６を露出する際には確実に高電圧が遮断される。

１０高電圧機器、１２電気自動車、１４電動機、１６動力伝達機構、１８駆動輪、２２バッテリ、３０筐体、３２カバー体、３４制御基板、３６接続端子、３７アクセス用開口、４０コネクタ受口、４２低圧コネクタ、４４，４６信号ライン、５０フック、５２孔形成部、５４差込孔、６０インターロックコネクタ、６２コネクタ受口。

Claims

車両に登載される高電圧機器であって、
その内部に設けられた接続端子へのアクセス用開口、および、前記アクセス用開口の外側位置に設けられたコネクタ受口を備える筐体と、
前記筐体に着脱自在で、前記アクセス用開口を覆うべく前記筐体に取り付けられるカバー体と、
前記コネクタ受口に対して着脱自在であり、前記コネクタ受口から離脱することで前記接続端子への電力供給が遮断される低圧コネクタと、
を備え、
前記低圧コネクタおよびカバー体の一方は、差込孔が形成された孔形成部を有し、
前記低圧コネクタおよびカバー体の他方は、前記カバー体を前記筐体に装着した後に前記低圧コネクタを前記コネクタ受口に装着した際に前記差込孔に挿通され、前記低圧コネクタの前記筐体からの離脱に先立つ前記カバー体の前記筐体からの離脱を疎外するフックを有する、
ことを特徴とする高電圧機器。