JP4081889B2 - 電動車両の強電ハーネス配索構造 - Google Patents

電動車両の強電ハーネス配索構造 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハイブリッド車や電気自動車など動力源として回転電機を有する電動車両に関し、特にその電源系の装置と回転電機とを接続する強電ハーネスの配索構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
原動機としてエンジン（燃焼機関）とモータ（発電機を兼ねた回転電機）とを併有し、いずれか一方または双方の駆動力により走行するようにしたハイブリッド車両が知られている（例えば、鉄道日本社発行「自動車工学」VOL.46 No.7 1997年6月号 39〜52頁参照）。
【０００３】
この種のハイブリッド車両において、エンジンやモータは車体への振動伝達を抑えるために大型のラバー等を用いた比較的低剛性のマウントを介して車体に支持されるのに対して、電源系の装置はブラケットにより比較的高剛性で車体に取り付けられるので、車両走行中には両者間にある程度の相対運動が生じる。このため、電源系装置とモータとを接続する強電ハーネスには前記相対運動を許容しうるようにその長さにある程度の余裕をもたせる必要がある。さらに、軽い衝突時などモータが電源系装置に対して通常よりも大きく移動した場合を想定すると、このときの移動量にも対応しうる程度の長さを持たせておかないと強電ハーネスが通電端子から外れたり破損したりして以後の車両の移動に支障を来すおそれを生じる。
【０００４】
しかしながら、ハイブリッド車両では、エンジンに加えて走行用モータ、発電用モータ、油圧発生用モータ、モータ駆動用の高出力バッテリ、電装用の補助バッテリ、モータ出力制御用のインバータ等からなる電源系の装置類等、多数の機器を装備する関係から、特にエンジン周囲のスペースは極く限られており、このため上述のような衝突時のモータ移動を許容しうるだけの十分な長さの強電ハーネスを配索することは難しく、仮に配索しえたとしても狭い空間内で走行中の振動により他の機器類等に接触して破損や摩耗等の障害を生じるおそれがある。
【０００５】
また、エンジンを用いずにモータのみを動力源とする電気自動車においても、モータが駆動力を発生して走行すると、モータの駆動力による反力が発生されモータと電源系の装置の間に相対運動が起きて、ハイブリッド車両と同様の問題が発生するおそれがある。
【０００６】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、電源系装置とモータとの間の相対運動を適度に許容でき、かつ空間利用効率の高い強電ハーネスの配索構造を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、車両の動力源として回転電機を備えた車両において、エンジンに結合されたトランスアクスルケース内に前記回転電機を収装し、該回転電機の通電端子をトランスアクスルケースに設けると共に、前記回転電機に電力を供給する電源系装置の通電端子が該回転電機の通電端子の上方に位置するように電源系装置を設け、前記電源系装置と前記回転電気とを接続する強電ハーネスの長さを各通電端子間の距離よりも大に設定し、前記電源系装置の通電端子から垂下した強電ハーネスの余剰長さ部分を駆動軸に沿った方向に迂回させてから前記回転電機の通電端子に接続し、前記ハーネス迂回部を車体前後方向の外力作用時に離脱可能に構成したクリップにより車体または電源系装置に固定した。
【０００９】
請求項２の発明は、上記各発明において、回転電機または電源系装置の複数の通電端子を駆動軸に沿った方向に配列した。
【００１０】
請求項３の発明は、上記請求項１又は２の発明のクリップを、一部が開口した溝状の保持部に強電ハーネスを弾性的に保持する構成とし、これを前記保持部の開口部が車体前後方向を向くように取り付けた。
【００１１】
請求項４の発明は、上記請求項１又は２の発明のクリップを、車体または電源系装置に設けたブラケットの開口部に弾性的に嵌合する突起部をその底面に備えた構成とすると共に、前記ブラケットは前記突起部が車体前後方向から挿入される向きに設けた。
【００１２】
【作用・効果】
上記請求項１以下の各発明によれば、強電ハーネスの長さを電源系装置と回転電機の各通電端子間距離よりも長くしてその余剰長さの部分を駆動軸（エンジンまたは回転電機の回転軸）に沿った方向に迂回させた構成であるので、この迂回した部分にて電源系装置と回転電機との間の相対移動を許容することができる。また、前記強電ハーネスの迂回部を部分的にクリップにより仮固定した構成であるので、通常時は強電ハーネスが狭い空間内で遊ぶのを防止しつつ、衝突等により前記相対移動量が大となったときには固定状態を解いて十分な相対移動を許容でき、したがって強電ハーネスの通電端子からの外れや破損を確実に防止して車両の走行機能を確保することができる。一方、回転電気やエンジンの側面方向には各種補機類が取り付けられるため空間的余裕が少ないが、駆動軸に沿った方向については比較的余裕があるので、この空間を有効利用して強電ハーネスの迂回構成を実現することができる。
【００１３】
車体に対してエンジンを横置きに配置したハイブリッド車両ではエンジンに結合したトランスアクスルケースの上方には比較的空間に余裕があるので、その空間に電源系装置を配置するのが合理的である。特に、トランスアクスルケース内に回転電機を収装した構成ではその通電端子と上方の電源系装置の通電端子とをほぼ向かい合わせにできるので、途中の迂回部分の長さを含めて強電ハーネスのレイアウトに必要な空間とハーネス自体の長さを最小限とすることができる。
【００１４】
また、回転電機または電源系装置は通常はそれぞれ複数の通電端子を有するが、これらを請求項２の発明のように駆動軸に沿った方向に配列することにより強電ハーネスのレイアウトがより容易になる。
【００１５】
強電ハーネスを固定するクリップとしては、請求項３の発明のように、その一部が開口した溝状の保持部に強電ハーネスを弾性的に保持する構成のものとすることができる。これを前記保持部の開口部が車体前後方向を向くように取り付けた構成とすることにより、衝突などの非常時には強電ハーネスの迂回部分をクリップから離脱させて、衝突により回転電機と電源系装置の通電端子間隔が異常に大きくなったときにもこれに応じて強電ハーネスを十分に変形させることができる。このクリップとしては、請求項４の発明のように、車体または電源系装置に設けたブラケットの開口部に弾性的に嵌合する突起部をその底面に備えた構成とすることもできる。前記ブラケットをクリップの突起部が車体前後方向から挿入される向きに設けたものとすることにより、衝突等により回転電機と電源系装置との間に大きな相対移動が生じたとき、クリップ自体がブラケットから外れて強電ハーネスの大きな変形を許容する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態につき図面に基づいて説明する。まず図１〜図２に本発明が適用可能なハイブリッド車両の全体構成例を示す。これは走行条件に応じてエンジンまたはモータの何れか一方または双方の動力を用いて走行するパラレル方式のハイブリッド車両である。
【００１７】
図１において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。この車両のパワートレインは、モータ１（本発明の電動機）、エンジン２、クラッチ３、モータ４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７および駆動輪８から構成される。モータ１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モータ４の出力軸および無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。
【００１８】
クラッチ３締結時はエンジン２とモータ４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモータ４のみが車両の推進源となる。エンジン２またはモータ４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ（図示せず）はモータ１０により駆動される。
【００１９】
モータ１は主としてエンジン始動と発電に用いられ、モータ４は主として車両の推進（力行）と制動に用いられる。また、モータ１０は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。また、クラッチ３締結時に、モータ１を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ４をエンジン始動や発電に用いることもできる。クラッチ３はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、変速比を無段階に調節することができる。
【００２０】
モータ１，４，１０はそれぞれ、インバータ１１，１２，１３により駆動される。なお、モータ１，４，１０に直流電動モータを用いる場合には、インバータの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。インバータ１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介してメインバッテリ１５に接続されており、メインバッテリ１５の直流充電電力を交流電力に変換してモータ１，４，１０へ供給するとともに、モータ１，４の交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリ１５を充電する。なお、インバータ１１〜１３は互いにＤＣリンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモータにより発電された電力をメインバッテリ１５を介さずに直接、力行運転中のモータへ供給することができる。メインバッテリ１５には、リチウム・イオン電池、ニッケル・水素電池、鉛電池などの各種電池や、電気二重層キャパシターいわゆるパワーキャパシターが適用される。
【００２１】
１６はコントローラであり、マイクロコンピュータとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備え、クラッチ３の伝達トルク、モータ１，４，１０の回転数や出力トルク、無段変速機５の変速比、エンジン２の燃料噴射量・噴射時期、点火時期などを制御する。
【００２２】
コントローラ１６には、図２に示すように、キースイッチ２０、セレクトレバースイッチ２１、アクセルペダルセンサ２２、ブレーキスイッチ２３、車速センサ２４、バッテリ温度センサ２５、バッテリＳＯＣ検出装置２６、エンジン回転数センサ（回転検出装置）２７、スロットル開度センサ２８が接続される。キースイッチ２０は、車両のキーが０Ｎ位置またはＳＴＡＲＴ位置に設定されると閉路する（以下、スイッチの閉路をオンまたは０Ｎ、開路をオフまたはＯＦＦと呼ぷ）。セレクトレバースイッチ２１は、パーキングＰ、ニュートラルＮ、リバースＲおよびドライブＤの何れかのレンジに切り換えるセレクトレバー（図示せず）の設定位置に応じて、Ｐ，Ｎ，Ｒ，Ｄのいずれかのスイッチがオンする。
【００２３】
アクセルペダルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量を検出し、ブレーキスイッチ２３はブレーキペダルの踏み込み状態（この時、スイッチオン）を検出する。車速センサ２４は車両の走行速度を検出し、バッテリ温度センサ２５はメインバッテリ１５の温度を検出する。また、バッテリＳＯＣ検出装置２６はメインバッテリ１５の実容量の代表値であるＳＯＣ（State Of Charge）を検出する。さらに、エンジン回転数センサ２７はエンジン２の回転数を検出し、スロットル開度センサ２８はエンジン２のスロットルバルブ開度を検出する。
【００２４】
コントローラ１６にはまた、エンジン２の燃料噴射装置３０、点火装置３１、可変動弁装置（バルブタイミング調節装置）３２などが接続される。コントローラ１６は、燃料噴射装置３０を制御してエンジン２への燃料の供給と停止および燃料噴射量・噴射時期を調節するとともに、点火装置３１を駆動してエンジン２の点火時期制御を行う。また、コントローラ１６は可変動弁装置３２を制御してエンジン２の吸・排気弁の作動状態を調節する。なお、コントローラ１６には低圧の補助バッテリ３３から電源が供給される。
【００２５】
以上は本発明が適用可能なハイブリッド車両の基本的な構成例を示したものであり、本発明ではこうしたハイブリッド車両において、モータとインバータ等からなる電源系装置との間の相対運動を十分に吸収可能でかつ空間利用効率の高い強電ハーネス配索構造を提供することを目的としている。図３はそのための具体的な構成例を示したものであり、図中２はエンジン、１０は油圧発生用モータ（電動ポンプ）、３３は補助バッテリ、４０はパワーヘッド、４１はエアコンコンプレッサ、４２はラジエータおよびコンデンサ、４３は電動ファンを示している。また、４４は車体であり、モノコックボディのエンジンルーム周囲部分を想像線で示してある。
【００２６】
エンジン２は車体４４に対して横置きに搭載されており、その一端部にトランスアクスルケース４５が結合されている。トランスアクスルケース４５の内部には図１に示したモータ１、クラッチ３、モータ４、無段変速機５、減速装置６など車両の駆動系を構成する要素が組み込まれている。エンジン２およびトランスアクスルケース４５は図示しないラバーマウント等からなる比較的低剛性の支持装置により車体４４に支持されている。
【００２７】
一方、パワーヘッド４０は本発明の電源系装置に相当し、図１ではインバータ１１〜１３などがこれにあたる。このパワーヘッド４０はトランスアクスルケース４５の上方に位置するように図示しないブラケットを介して比較的高剛性で車体４４に支持されている。
【００２８】
図４または５に示したようにトランスアクスルケース４５には内蔵されたモータ４、モータ１からの通電端子５１Ａ、５１Ｂがそれぞれ３個配設されており、そのほぼ上方に位置するようにパワーヘッド４０の前端底面部にはモータ４、モータ１への通電端子５２Ａ、５２Ｂがそれぞれ下向きに３個配設されている。パワーヘッド４０側の通電端子５２Ａ、５２Ｂはエンジン２の主軸に沿った方向にほぼ１列に配列されており、これによりエンジン側方の余裕の少ない空間内に強電ハーネスのレイアウトスペースを確保している。
【００２９】
上記各通電端子５１Ａ−５２Ａ間、または５１Ｂ−５２Ｂ間にはそれぞれ強電ハーネス５３Ａ、５３Ｂが結合されている。各ハーネス５３Ａ，５３Ｂはその長さが前記端子間距離よりも長く設定されており、これにより生じる接続時の長さの余剰部分が図示したようにパワーヘッド４０の直下にてエンジン主軸に沿った方向に迂回する態様に曲げられている。パワーヘッド４０に設けられたブラケット部４６Ａ、４６Ｂにはハーネス固定用のクリップ５４Ａ、５４Ｂが装着されており、前記ハーネス迂回部分の一部は、このクリップ５４Ａ、５４Ｂに前方から挿入した状態で固定されている。また、この場合強電ハーネス５３Ａ、５３Ｂのトランスアクスルケース４５に近い部分もそれぞれクリップ５４Ａ、５４Ｂによりトランスアクスルケース４５上に固定されている。
【００３０】
強電ハーネス５３Ａ、５３Ｂは上記迂回部分により主として車体前後方向にねじれおよび曲げ変形する余裕を生じるので、これにより車両走行中の振動によるトランスアクスルケース４５とパワーヘッド４０との間の相対移動が許容されると共に各通電端子５１Ａ、５２Ａ、５１Ｂ、５２Ｂとの結合部分に無理な力が作用するのを避けて接続の信頼度が高められる。
【００３１】
一方、強電ハーネス５３Ａ、５３Ｂはそれぞれクリップ５４Ａ、５４Ｂに所定の拘束力で仮固定された状態にあるので、通常は車両走行時の振動等により強電ハーネス５３Ａ、５３Ｂが遊んで周囲の機器類に接触するような不具合を起こすことはない。その反面、クリップ５４Ａ、５４Ｂによる仮固定部分にて強電ハーネス５３Ａ、５３Ｂに前記の拘束力を超えた外力が作用して車体前方に引っ張られると強電ハーネス５３Ａ、５３Ｂはクリップ５４Ａ、５４Ｂから外れ、これにより迂回部分の拘束がなくなるので、各強電ハーネス５３Ａ、５３Ｂは伸展方向にさらに変形することが可能となる。これにより、軽衝突等によりパワーヘッド４０に対してトランスアクスルケース４５が異常に車体前方に移動するようなことがあっても通電端子間の接続状態を確実に維持して車両の走行機能を維持することができる。
【００３２】
図６および図７は上述したようなハーネス仮固定機能を発揮するクリップ５４Ａ（または５４Ｂ）の実施形態である。このクリップ５４Ａはプラスチック等の弾性を有する材料により形成されており、図示したよう強電ハーネス５３Ａ（または５３Ｂ、以下同様。）の外径に略等しい内径を有する３個の保持部５５を並列的に備え、該保持部５５に挿入することにより３本の強電ハーネス５３Ａをまとめて固定できるようにしている。前記保持部５５は一端部が開放した溝状になっており、該開放部の内側に向けて形成された爪部５６とクリップ自体の弾性とにより保持部５５に嵌合したハーネスに対して適度な保持力を発揮するように図っている。クリップ５４Ａの底面にはブラケット４６Ａの開口部４７（図７参照）に弾性的に嵌合する２個の突起部５７が一体形成されている。５８は同じく一体形成によりクリップ底部から斜め下方にスカート状に形成された脚部であり、これはブラケット４６Ａへの挿入固定時に変形してクリップ５４Ａの固定状態を強化する機能を有する。
【００３３】
このようなクリップ５４Ａによる強電ハーネス５３Ａの固定力は、具体的には例えばエンジンないしトランスアクスルケース４５の運転中の振動により強電ハーネス５３に作用する引張力、押力ないし曲げ力の最大値に対して安全率として３〜１０を乗じた値に設定し、または非常時の強電ハーネス５３Ａの外れ力として該ハーネスの切断力またはせん断力に安全率として１／１０〜１／３を乗じた値を設定する。この設定力はクリップ５４Ａに対するハーネスの外れ力として上述のように設定できるほか、クリップ５４Ａに所定のハーネス外れ力が作用したときにクリップ５４Ａがブラケット４６Ａから外れるようにその突起部５７の弾性ないし構造により設定するようにしてもよい。
【００３４】
以上、ハイブリッド車両を例にとって説明してきたが、エンジンを有さない電気自動車においても、強電ハーネスに作用する力はその絶対量を除けばハイブリッド車両と同様であり、したがって上述したハイブリッド車両と同一の構成で同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】〜
【図２】本発明が適用可能なハイブリッド車両の構成例を示す概略構成図。
【図３】本発明の一実施形態を示す車両エンジンルーム部分の概略平面図。
【図４】上記実施形態の強電ハーネスの配索状態の詳細を示す要部正面図。
【図５】同じく要部側面図。
【図６】クリップの一実施形態を示す正面図。
【図７】同じく側面図。
【符号の説明】
１，４ 電動モータ
２ エンジン
３ クラッチ
５ 無段変速機
９ 油圧装置
１０ 油圧発生用モータ
１５ バッテリ
１６ コントローラ
３３ 補助バッテリ
４０ パワーヘッド（電源系装置）
４４ 車体
４５ トランスアクスルケース
４６Ａ，４６Ｂ ブラケット部
４７ ブラケットのクリップ取付用の開口部
５１Ａ，５１Ｂ トランスアクスルケース側の通電端子
５２Ａ，５２Ｂ パワーヘッド側の通電端子
５３Ａ，５３Ｂ 強電ハーネス
５４Ａ、５４Ｂ クリップ
５５ クリップの溝状保持部
５７ クリップの突起部

Claims (4)

  1. 車両の動力源として回転電機を備えた車両において、
    エンジンに結合されたトランスアクスルケース内に前記回転電機を収装し、該回転電機の通電端子をトランスアクスルケースに設けると共に、
    前記回転電機に電力を供給する電源系装置の通電端子が該回転電機の通電端子の上方に位置するように電源系装置を設け、
    前記電源系装置と前記回転電気とを接続する強電ハーネスの長さを各通電端子間の距離よりも大に設定し、
    前記電源系装置の通電端子から垂下した強電ハーネスの余剰長さ部分を駆動軸に沿った方向に迂回させてから前記回転電機の通電端子に接続し、
    前記ハーネス迂回部を車体前後方向の外力作用時に離脱可能に構成したクリップにより車体または電源系装置に固定した
    電動車両の強電ハーネス配索構造。
  2. 回転電機または電源系装置の複数の通電端子を駆動軸に沿った方向に配列したことを特徴とする請求項１に記載の電動車両の強電ハーネス配索構造。
  3. クリップは、一部が開口した溝状の保持部に強電ハーネスを弾性的に保持する構成とし、これを前記保持部の開口部が車体前後方向を向くように取り付けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動車両の強電ハーネス配索構造。
  4. クリップは、車体または電源系装置に設けたブラケットの開口部に弾性的に嵌合する突起部をその底面に備えた構成とすると共に、前記ブラケットは前記突起部が車体前後方向から挿入される向きに設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動車両の強電ハーネス配索構造。
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