JP5141127B2 - ケーブル構造および車両 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、ケーブル構造および車両に関し、より特定的には、車両駆動用の高圧電流が流れるケーブル構造および車両に関する。

従来のケーブル構造に関して、たとえば、特開平５−３８９７５号公報には、感電事故や点灯回路の破損を防止することを目的とした車両用放電灯の点灯装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１では、絶縁被膜された高圧リード線をアラミド繊維製の保護チューブによって覆うことにより、高圧リード線を断線が起こり難い構造とするとともに、高圧リード線に断線やショートが起きた場合にも、チューブ外に対する電気絶縁を確保する。

また、特開２０００−９２６０５号公報には、自動車の衝突による破損が生じた場合に高電圧による感電を防止することを目的とした自動車用安全装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２では、自動車の衝突時に、衝突検出装置が衝突検出情報を生成する。開閉器制御装置は、この情報に基づき、直流電源セルユニット間の接続を行なう開閉器を開く。

また、特開２００２−９３５１７号公報には、高圧ケーブル同士の接続部周囲の絶縁性を高めて漏電や放電の危険性を無くし、また高圧ケーブル同士の接続を簡単かつ安全に行なうことを目的とした高圧ケーブルの中間コネクタが開示されている（特許文献３）。特許文献３では、一方の高圧ケーブルの一端に、ジャックを内包する電気絶縁性のスリーブを固定し、他方の高圧ケーブルの一端に、プラグを内包する電気絶縁性のコネクターカバーを固定する。
特開平５−３８９７５号公報 特開２０００−９２６０５号公報 特開２００２−９３５１７号公報

近年ますます高まりつつある省エネ・環境問題を背景に、ハイブリッド自動車（Hybrid
Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）が大きく注目されている。たとえば、ハイブリッド自動車は、エンジンを駆動することによって動力を得るとともに、バッテリからの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換された交流電圧によりモータを回転させることによって動力を得る。

このような構成を備えるハイブリッド自動車においては、バッテリおよびインバータ間ならびにインバータおよびモータ間でそれぞれ直流電流および交流電流を流すためのケーブルが用いられる。しかしながら、外部から車両に衝撃が加わると、ケーブルが断線する場合がある。この場合、ケーブルの芯線が露出し、芯線に不用意に触れられるおそれが生じる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、ケーブルの断線時に芯線への不用意な接触を防ぐケーブル構造および車両を提供することである。

この発明に従ったケーブル構造は、車両に用いられるケーブル構造である。ケーブル構
造は、電流が流れる芯線と、芯線を覆う被覆層とを備える。芯線は、芯線の他の部位よりも小さい強度で互いに接合された第１芯線部および第２芯線部を含む。被覆層は、被覆層の他の部位よりも小さい強度で互いに接合された、第１芯線部を覆う第１被覆層部と、第２芯線部を覆う第２被覆層部とを含む。第１被覆層部および第２被覆層部の先端は、それぞれ第１芯線部および第２芯線部の先端よりも突出する。

このように構成されたケーブル構造によれば、外部から車両に衝撃が加わり、ケーブルに過大な引っ張り力が作用した場合に、他の部位よりも小さい強度で接合された第１芯線部と第２芯線部との間および第１被覆層部と第２被覆層部との間で、ケーブルが断線する。このとき、第１被覆層部および第２被覆層部の先端がそれぞれ第１芯線部および第２芯線部の先端よりも突出するため、芯線が被覆層から露出することがない。このため、ケーブルの断線時に芯線に不用意に触れられることを防止できる。

また好ましくは、第１被覆層部および第２被覆層部は、第２被覆層部が第１被覆層部の内側に挿入される形態で互いに接合される。また好ましくは、第１芯線部は、第１芯線部の他の部位よりも小さい断面積を有する第１断面部を含む。第２芯線部は、第２芯線部の他の部位よりも小さい断面積を有する第２断面部を含む。第１芯線部および第２芯線部は、第１断面部と第２断面部とが重なり合った形態で互いに接合される。

このように構成されたケーブル構造によれば、第１芯線部と第２芯線部との間および第１被覆層部と第２被覆層部との間でケーブルが断線する構造を、簡易な構成により得ることができる。

また好ましくは、ケーブル構造は、第２被覆層部に係止される係止部を含み、第１被覆層部と第２被覆層部との繋ぎ目を覆うカバー部材をさらに備える。係止部が第１被覆層部と第２被覆層部とを離間させる方向の引っ張り力を受けた時に、係止部による係止が解除される。このように構成されたケーブル構造によれば、ケーブルに過大な引っ張り力が作用することのない通常時には、第１被覆層部と第２被覆層部とが接合した状態を、カバー部材によってより確実に維持することができる。また、ケーブルに過大な引っ張り力が作用する負荷時には、係止部による係止が解除されることにより、ケーブルを第１被覆層部と第２被覆層部との間で断線させることができる。

この発明に従った車両は、上述のいずれかに記載のケーブル構造が用いられた車両である。車両は、車両駆動用のモータと、バッテリに蓄電された直流電圧を昇圧するとともに交流電圧に変換し、モータに供給する電力制御装置とを備える。芯線に、電力制御装置からモータに供給される交流電流が流れる。このように構成されたケーブル構造によれば、ケーブルの断線時、車両駆動用の高圧電流が流れる芯線に不用意に触れられることを防止できる。

以上説明したように、この発明に従えば、ケーブルの断線時に芯線への不用意な接触を防ぐケーブル構造および車両を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、ハイブリッド自動車に搭載された高電圧システムのブロック図である。この発明の実施の形態におけるケーブル構造は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内
燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）とを動力源とするハイブリッド自動車に適用されている。

図１を参照して、ハイブリッド自動車には、バッテリ５１と、モータとしてのモータジェネレータ５２と、電力制御装置としてのＰＣＵ（power control unit）６１とが搭載されている。ＰＣＵ６１は、昇圧コンバータ６３およびインバータ６２を内蔵する。

バッテリ５１と昇圧コンバータ６３との間は、ケーブル８３により接続されている。昇圧コンバータ６３とインバータ６２との間は、ＰＣＵ６１の内部でケーブル８４により接続されている。ケーブル８３およびケーブル８４は、プラスケーブルとマイナスケーブルとから構成されている。インバータ６２とモータジェネレータ５２との間は、ケーブル８１により接続されている。ケーブル８１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相ケーブルから構成されている。ケーブル８１は、エンジンルーム１３内の空間に露出している。

図２は、ハイブリッド自動車を示す平面図である。図１および図２を参照して、ハイブリッド自動車には、エンジンルーム１３が形成されている。エンジンルーム１３には、エンジン１１が収容されている。エンジンルーム１３は、車両前方に形成されている。エンジンルーム１３は、フロントバンパ１６とダッシュボードパネル１７との間に形成されている。ダッシュボードパネル１７は、エンジンルーム１３と車両室内との間を区画している。

エンジンルーム１３には、ＰＣＵ６１およびモータジェネレータ５２が収容されている。モータジェネレータ５２は、エンジン１１と一体となって配置されている。ＰＣＵ６１とモータジェネレータ５２とは、互いに距離を隔てて配置されている。ＰＣＵ６１とモータジェネレータ５２とは、車両前後方向にずれて配置されている。ＰＣＵ６１は、モータジェネレータ５２よりも車両前方に配置されている。ＰＣＵ６１は、フロントバンパ１６に隣り合って配置されている。ＰＣＵ６１とモータジェネレータ５２とは、車両幅方向にずれて配置されている。ＰＣＵ６１は、ハイブリッド自動車のサイドボディ１８に隣り合って配置されている。

モータジェネレータ５２は、エンジン１１の出力を補助し、車両の駆動力を高める働きをしたり、減速時に、回生ブレーキによる発電を行なったりする。バッテリ５１は、発進時、加速時、登坂時などに、モータジェネレータ５２に電力を供給したり、減速時に、モータジェネレータ５２で回生発電した電力を蓄えたりする。バッテリ５１は、充放電可能な電池であれば特に限定されず、たとえば、ニッケル水素電池であってもよいし、リチウムイオン電池であってもよい。

バッテリ５１は、たとえば、車両後方に設けられたラゲージルームに配置されている。バッテリ５１は、フロントシートやリヤシートの下、フロントシートの運転席と助手席との間に設置されたセンターコンソールの下等に配置されてもよい。車両が３列シートの場合には、バッテリ５１は、セカンドシートやサードシートの下に配置されてもよい。

昇圧コンバータ６３は、バッテリ５１からインバータ６２への入力電力を昇圧したり、インバータ６２からバッテリ５１への入力電圧を降圧したりする。インバータ６２は、昇圧コンバータ６３で昇圧された直流電流を、モータ駆動用の交流電流に変換したり、モータジェネレータ５２で発電された交流電流を、バッテリ５１に充電するための直流電流に変換したりする。

昇圧コンバータ６３による昇圧後の電流、つまりケーブル８１および８４に流れる電流は、４５０Ｖ以上の電圧を有する。昇圧コンバータ６３による昇圧後の電流は、６５０Ｖ
以上の電圧を有してもよい。バッテリ５１と昇圧コンバータ６３との間に流れる電流、つまりケーブル８３に流れる電流は、２００Ｖ以上の電圧を有する。

図３は、図２中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったケーブルを示す断面図である。図３および図４を参照して、ケーブル８１は、芯線２１および被覆層２６を含む。

芯線２１には、電流が流れる。芯線２１は、略円形の断面形状を有する。図中では省略されて描かれているが、芯線２１は複数本の素線が寄り合わされた多芯の撚り線からなる。芯線２１は、導電性材料から形成されている。芯線２１は、金属から形成されている。芯線２１は、たとえば銅やアルミニウムから形成されている。被覆層２６は、筒形状を有する。被覆層２６は、芯線２１を覆うように設けられている。被覆層２６は、絶縁性材料から形成されている。被覆層２６は、樹脂から形成されている。被覆層２６は、たとえばポリエチレン（ＰＥ）やポリアミド（ＰＡ）から形成されている。

芯線２１は、芯線部２２および芯線部２３を含む。芯線部２２と芯線部２３とは、芯線２１が延びる長手方向においてその両側に分離している。芯線部２２と芯線部２３とは、互いに接合されている。芯線部２２と芯線部２３とは、芯線２１の他の部位よりも小さい強度で接合されている。すなわち、芯線２１にその長手方向に沿った引っ張り力を作用させ、引っ張り力を徐々に増大させた場合に、芯線２１は、まず芯線部２２と芯線部２３との間で断線する。

芯線部２２および芯線部２３は、それぞれ、第１断面部としての断面部２４および第２断面部としての断面部２５を含む。断面部２４および断面部２５は、それぞれ、芯線部２２および芯線部２３の他の部位よりも小さい断面積を有する。断面部２４および２５は、略半円形の断面形状を有する。芯線部２２および芯線部２３は、断面部２４と断面部２５とを重ね合わせた形態で互いに接合されている。重ね合わされた断面部２４および断面部２５は、略円形の断面形状をなす。

被覆層２６は、被覆層部２７および被覆層部２８を含む。被覆層部２７および被覆層部２８は、それぞれ、芯線部２２および芯線部２３を覆うように設けられている。被覆層部２７と被覆層部２８とは、被覆層２６が延びる長手方向においてその両側に分離している。被覆層部２７と被覆層部２８とは、互いに接合されている。被覆層部２７と被覆層部２８とは、被覆層２６の他の部位よりも小さい強度で接合されている。すなわち、被覆層２６にその長手方向に沿った引っ張り力を作用させ、引っ張り力を徐々に増大させた場合に、被覆層２６は、まず被覆層部２７と被覆層部２８との間で断線する。

被覆層部２７および被覆層部２８は、被覆層部２７の内側に被覆層部２８が挿入された状態で互いに接合されている。

芯線部２２および芯線部２３は、それぞれ、先端２２ｐおよび先端２３ｐを含む。被覆層部２７および被覆層部２８は、それぞれ、先端２７ｐおよび先端２８ｐを含む。先端２２ｐと先端２７ｐとは、芯線部２２および被覆層部２７が延びる長手方向においてずれて配置されている。先端２３ｐと先端２８ｐとは、芯線部２３および被覆層部２８が延びる長手方向においてずれて配置されている。先端２７ｐが先端２２ｐよりも突出し、先端２８ｐが先端２３ｐよりも突出する。先端２２ｐは、筒形状を有する被覆層部２７の内側に配置され、先端２３ｐは、筒形状を有する被覆層部２８の内側に配置されている。

図５は、外部から衝撃を受けたハイブリッド自動車の平面図である。図６は、図５中の２点鎖線ＶＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図５および図６を参照して、
ハイブリッド自動車が他車に衝突するなどして、フロントバンパ１６に外部からの衝撃が加わった場合を想定する。

この場合、外部からの衝撃が、フロントバンパ１６に隣り合って配置されたＰＣＵ６１に加わる。ＰＣＵ６１はエンジンルーム１３内で車両後方に向けて移動し、これに伴ってケーブル８１が引っ張り力を受ける。この際、意図的に他の部位よりも小さい強度で接合された、芯線部２２と芯線部２３との間および被覆層部２７と被覆層部２８との間で、ケーブル８１が断線する。本実施の形態では、先端２７ｐおよび先端２８ｐがそれぞれ先端２２ｐおよび先端２３ｐよりも突出するように、被覆層２６が芯線２１に設けられている。このため、芯線部２２および芯線部２３がそれぞれ被覆層部２７および被覆層部２８から露出するということがない。

この発明の実施の形態１におけるケーブル構造は、車両としてのハイブリッド自動車に用いられるケーブル構造である。ケーブル構造は、電流が流れる芯線２１と、芯線２１を覆う被覆層２６とを備える。芯線２１は、芯線２１の他の部位よりも小さい強度で互いに接合された第１芯線部としての芯線部２２および第２芯線部としての芯線部２３を含む。被覆層２６は、被覆層２６の他の部位よりも小さい強度で互いに接合された、芯線部２２を覆う第１被覆層部としての被覆層部２７と、芯線部２３を覆う第２被覆層部としての被覆層部２８とを含む。被覆層部２７および被覆層部２８の先端２７ｐ，２８ｐは、それぞれ芯線部２２および芯線部２３の先端２２ｐ，２３ｐよりも突出する。

このように構成された、この発明の実施の形態１におけるケーブル構造によれば、ケーブル８１が断線した場合に、芯線部２２および芯線部２３がそれぞれ被覆層部２７および被覆層部２８から露出することがない。このため、芯線部２２および芯線部２３に不用意に触れられることを確実に防止し、安全性を高めることができる。

なお、本実施の形態では、本発明におけるケーブル構造を、ＰＣＵ６１とモータジェネレータ５２との間を接続するケーブル８１に適用した場合を説明したが、これに限られず、たとえばＰＣＵ６１とバッテリ５１との間を接続するケーブル８３に適用してもよい。

また、本実施の形態では、内燃機関とバッテリとを動力源とするハイブリッド自動車に本発明を適用したが、これに限定されず、燃料電池とバッテリとを動力源とする燃料電池ハイブリッド自動車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）、または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に本発明を適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド自動車では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド自動車では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、バッテリの使用に関しては、両方のハイブリッド自動車で基本的に変わらない。

また、化学変化等により自ら電気を創り出すバッテリ５１を、外部からの供給により電気を蓄えるキャパシタ等の蓄電装置に置き換えても良い。

キャパシタは、活性炭と電解液との界面に発生する電気２重層を動作原理とした電気２重層キャパシタのことである。固体として活性炭、液体として電解液（奇硫酸水溶液）を用いて、これらを接触させるとその界面にプラス、マイナスの電極が極めて短い距離を隔てて相対的に分布する。イオン性溶液中に一対の電極を浸して電気分解が起こらない程度に電圧を負荷させると、それぞれの電極の表面にイオンが吸着され、プラスとマイナスの電気が蓄えられる（充電）。外部に電気を放出すると、正負のイオンが電極から離れて中和状態に戻る（放電）。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１において説明した図３中のケーブル構造の各種変形例について説明を行なう。以下、実施の形態１におけるケーブル構造と重複する構造については、説明を繰り返さない。

図７は、図３中のケーブル構造の第１変形例を示す図であり、図７（Ａ）は斜視図であり、図７（Ｂ）は側面図である。図７を参照して、本変形例では、ケーブル８１が巻線３１および３２を含む。巻線３１および巻線３２は、それぞれ断面部２４および断面部２５の周囲に巻回されている。断面部２４および断面部２５は、それぞれ表面２４ａおよび表面２５ａを含む。芯線部２２および芯線部２３は、表面２４ａと表面２５ａとが接触するように接合される。

このような構成によれば、巻線３１および３２によって断面部２４および２５を巻回することにより、表面２４ａおよび２５ａを接合面として確実に成形することができる。これにより、表面２４ａと表面２５ａとを面接触させ、両者の間で円滑に電流を流すことができる。

図８は、図３中のケーブル構造の第２変形例を示す図であり、図８（Ａ）は斜視図であり、図８（Ｂ）は本変形例で使用されるプレート部材を示す側面図である。図８を参照して、本変形例では、ケーブル８１がプレート部材３３を含む。プレート部材３３は、平板形状を有する。プレート部材３３は、導電性材料から形成されている。プレート部材３３は、折り返し部３４ｍおよび折り返し部３４ｎを含む。折り返し部３４ｍと折り返し部３４ｎとは、互いにプレート部材３３の表裏反対側に折り返して形成されている。折り返し部３４ｍは、断面部２５に向けて折り返され、折り返し部３４ｎは、断面部２４に向けて折り返されている。プレート部材３３は、断面部２４と断面部２５との間に挿入される。折り返し部３４ｍおよび３４ｎは、断面部２４および断面部２５によって挟持され、プレート部材３３から折り返される前の位置まで弾性変形する。

このような構成によれば、折り返し部３４ｍおよび３４ｎが元の形状に戻ろうとするばね力が発生する。このばね力が断面部２４および断面部２５に作用することによって、芯線部２２および芯線部２３がその接合位置で被覆層部２７および被覆層部２８に圧迫された状態となる。これにより、芯線部２２と芯線部２３との接合強度を十分に確保し、ケーブル８１に引っ張り力が作用しない通常時の断線を確実に防ぐことができる。

図９は、図３中のケーブル構造の第３変形例を示す断面図である。図９を参照して、本変形例では、ケーブル８１がカバー部材４２を含む。被覆層部２８は、ピン４１を含む。ピン４１は、被覆層部２８の外周面から半径方向外側に向けて突出する。カバー部材４２は、筒形状を有する。カバー部材４２は、たとえば熱溶着によって被覆層部２７に固定されている。カバー部材４２には、係止部としての係止孔４３が形成されている。ピン４１が係止孔４３に嵌ることにより、カバー部材４２と被覆層部２８とが係止されている。

このような構成によれば、カバー部材４２を設けることによって、ケーブル８１に引っ張り力が作用しない通常時にケーブル８１が断線することを防止できる。また、ケーブル８１にある一定以上の引っ張り力が作用した場合には、ピン４１が係止孔４３から外れることにより、カバー部材４２と被覆層部２８との係止が解除される。この際、ピン４１の強度やピン４１が係止孔４３に嵌る深さ等を調整することにより、ケーブル８１が断線するときの引っ張り力の大きさを制御できる。

このように構成された、この発明の実施の形態２におけるケーブル構造によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

ハイブリッド自動車に搭載された高電圧システムのブロック図である。 ハイブリッド自動車を示す平面図である。 図２中の２点鎖線ＩＩＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。 図３中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったケーブルを示す断面図である。 外部から衝撃を受けたハイブリッド自動車の平面図である。 図５中の２点鎖線ＶＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。 図３中のケーブル構造の第１変形例を示す図である。 図３中のケーブル構造の第２変形例を示す図である。 図３中のケーブル構造の第３変形例を示す断面図である。

２１ 芯線、２２，２３ 芯線部、２２ｐ，２３ｐ，２７ｐ，２８ｐ 先端、２６ 被覆層、２７，２８ 被覆層部、３３ プレート部材、４２ カバー部材、５２ モータジェネレータ、６１ ＰＣＵ、８１ ケーブル。

Claims (5)

1. 車両に用いられるケーブル構造であって、
   電流が流れる芯線と、
   前記芯線を覆う被覆層とを備え、
   前記芯線は、前記芯線の他の部位よりも小さい強度で互いに接合された第１芯線部および第２芯線部を含み、
   前記被覆層は、前記被覆層の他の部位よりも小さい強度で互いに接合された、前記第１芯線部を覆う第１被覆層部と、前記第２芯線部を覆う第２被覆層部とを含み、
   前記第１被覆層部および前記第２被覆層部の先端は、それぞれ前記第１芯線部および前記第２芯線部の先端よりも突出する、ケーブル構造。
2. 前記第１被覆層部および前記第２被覆層部は、前記第２被覆層部が前記第１被覆層部の内側に挿入される形態で互いに接合される、請求項１に記載のケーブル構造。
3. 前記第１芯線部は、前記第１芯線部の他の部位よりも小さい断面積を有する第１断面部を含み、前記第２芯線部は、前記第２芯線部の他の部位よりも小さい断面積を有する第２断面部を含み、
   前記第１芯線部および前記第２芯線部は、前記第１断面部と前記第２断面部とが重なり合った形態で互いに接合される、請求項１または２に記載のケーブル構造。
4. 前記第２被覆層部に係止される係止部を含み、前記第１被覆層部と前記第２被覆層部との繋ぎ目を覆うカバー部材をさらに備え、
   前記係止部が前記第１被覆層部と前記第２被覆層部とを離間させる方向の引っ張り力を受けた時に、前記係止部による係止が解除される、請求項１から３のいずれか１項に記載のケーブル構造。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のケーブル構造が用いられた車両であって、
   車両駆動用のモータと、
   バッテリに蓄電された直流電圧を昇圧するとともに交流電圧に変換し、前記モータに供給する電力制御装置とを備え、
   前記芯線に、前記電力制御装置から前記モータに供給される交流電流が流れる、車両。

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