JP5476806B2 - ワイヤーハーネス - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤーハーネスに関し、さらに詳しくは、電気自動車やハイブリッド車などのモータを駆動源に用いる車両に用いて好適なワイヤーハーネスに関するものである。

従来より、自動車等の車両には複数本の電線が用いられている。複数本の電線は、通常、束ねられて配索されている。束ねられた複数本の電線は、車載部品等の外部干渉から保護するために、電線保護材で覆われることがある。

このような電線保護材としては、例えば特許文献１には、円環状の山部と谷部とが軸線方向に交互に設けられてなるコルゲート状のチューブが開示されている。複数本の電線は、このチューブ内に挿通される。また、特許文献２には、保護材としてテープ材が開示されている。テープ材は、束ねられた複数本の電線の外周面に巻回されている。

特開２００７−３３６７５４号公報 特開２００３−２７２４４７号公報

近年、電気自動車やハイブリッド車などのモータを駆動源に用いる車両の開発が進められている。これらの車両に配策される電力線などの電線は、モータの高出力化に伴い、通電時の発熱が大きく、高温になりやすくなっている。また、複数本の電線は束ねられて配索されるため、互いに密着していると電線表面からの放熱が妨げられやすい。そのため、より一層、電線は高温になりやすい。そうすると、電線の絶縁体や電線保護材の耐熱性の観点から、通電可能な許容電流値が低下する問題が生じる。

この問題に対し、例えば電線の絶縁体や電線保護材の耐熱性を向上させる対策も考えられるが、これには材料の改良が必要である。また、導体断面積を大きくして発熱を抑えるとすれば、電線の省スペース化・軽量化が図りにくい。したがって、これらとは別の観点から、通電時における電線の温度上昇を抑える対策が必要である。

本発明が解決しようとする課題は、放熱性を高めて通電時における電線の温度上昇を抑えることが可能なワイヤーハーネスを提供することにある。

本発明に係るワイヤーハーネスは、モータを駆動源とする車両に搭載されるワイヤーハーネスであって、複数本の電線と、前記複数本の電線の外周を覆う電線保護材とを備え、前記電線保護材はその周面に複数の通気孔を有することを要旨とするものである。

本発明に係るワイヤーハーネスにおいては、複数本の電線の外周にシールド層が形成されていても良い。複数の通気孔を有する電線保護材の空孔率は１０％以上であることが好ましい。電線保護材としては網目状シートが好ましい。複数本の電線としてはフラットケーブルが好ましい。電線の導体断面積は５ｍｍ^２以上が好ましい。

本発明に係るワイヤーハーネスは、複数本の電線よりなる電線束の外周を覆う電線保護材が複数の通気孔を有するものである。電気自動車やハイブリッド車などのモータを駆動源とする自動車等の車両に搭載されたワイヤーハーネスは、走行中に外部からの風を受けることができる。外部からの風は電線保護材に設けられた通気孔を通って電線表面に当たることができる。これにより、電線表面からの放熱性を高めることができるため、通電時における電線の温度上昇を抑えることができる。また、これにより、通電時の発熱が大きく、高温になりやすい電気自動車やハイブリッド車の電力線などの電線において、通電可能な許容電流が低下するのを抑えることができる。

この際、前記電線保護材の空孔率が１０％以上である場合には、通電時の放熱性に優れる。

また、前記複数本の電線がフラットケーブルである場合には、丸線と比較して同じ導体断面積でも表面積が大きいため、さらに通電時の放熱性に優れる。

本発明の第一実施形態に係るワイヤーハーネスを表す斜視図である。 第一実施形態に係るワイヤーハーネスの変形例を表す斜視図である。 本発明の第二実施形態に係るワイヤーハーネスを表す斜視図である。 本発明の第三実施形態に係るワイヤーハーネスを表す斜視図である。 本発明の第四実施形態に係るワイヤーハーネスを表す斜視図である。 風を当てたときの許容電流値の変化を表わすグラフである。 網目状シートの空孔率と許容電流値との関係を表わすグラフである。

次に、本発明の実施形態について図を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の第一実施形態に係るワイヤーハーネス１０は、複数本のフラットケーブル１２と、複数本のフラットケーブル１２の外周を覆ってフラットケーブル１２の導体１８を電磁的にシールドするシールド層１４と、シールド層１４の外周に配置され、複数本のフラットケーブル１２を束ねてこれらを保護する網目状シート１６とを備えている。

本発明に係るワイヤーハーネスは、駆動源にモータを用いる自動車等の車両に搭載されるものであり、モータの高出力化による大電流化によって電線の発熱が無視できないほど高いところに用いられるものである。駆動源にモータを用いる自動車としては、例えば電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車などを挙げることができる。ワイヤーハーネスは、例えば、これらの車両のモータに接続され、比較的大電流が通電される電力線などとして用いられる。

フラットケーブル１２は、導体１８と、導体１８の外周を覆う絶縁体２０とを備えている。導体１８は、複数本の撚線２２が同一平面上に並行に並べられたものから構成されている。撚線２２は、複数本の素線２４が撚り合わされて形成されている。複数本の撚線２２は、隣り合う撚線２２同士が互いに接触する部分を有している。隣り合う撚線２２同士の接触する部分は、長手方向において、全長にわたっていても良いし、一部分であっても良い。隣り合う撚線２２同士が接触していることにより、一つの導体として機能していれば良いため、隣り合う撚線２２同士は、長手方向において接触していない部分が生じていても良い。

導体１８の許容電流値は、使用条件や導体１８を覆う絶縁体２０の耐熱性等により異なるものであり、一概に定めることはできないが、大電流を通電するところに用いられるものであることから、好ましくは５０Ａ、より好ましくは１００Ａ、さらに好ましくは１５０Ａである。導体１８の断面積は、導体１８の許容電流値との関係で定めることになるため、一概に定めることはできないが、例えば、許容電流値５０Ａにおいては５ｍｍ^２以上であることが好ましい。また、例えば、許容電流値１００Ａおいては２０ｍｍ^２以上であることが好ましい。さらに、例えば、許容電流値１５０Ａおいては３０ｍｍ^２以上であることが好ましい。

素線２４の材料としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などを例示することができる。銅、銅合金としては、例えば、無酸素銅、タフピッチ銅、リン青銅などを例示することができる。素線２４は、軟質のものでも良いし、硬質のものでも良い。素線２４には、スズやニッケルなどの金属めっきが施されていても良い。

絶縁体２０の材料は、特に限定されるものではないが、大電流を通電するところに用いられるものであることから、高耐熱性を有する材料であることが好ましい。絶縁体２０の材料としては、例えば、ポリプロピレン・ポリエチレン等のポリオレフィンや、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー等を例示することができる。絶縁体２０の材料は、耐熱性を高めるために、架橋処理が施されていても良い。

複数本のフラットケーブル１２は、配索される際には、互いに積み重ならないように配置されることが好ましい。フラットケーブル１２の大口面２０ａが他のフラットケーブル１２によって覆われないほうが放熱性に優れるからである。また、配索スペースを考慮するときには、複数本のフラットケーブル１２は、フラットケーブル１２の大口面２０ａが他のフラットケーブル１２によって部分的に覆われるように重ねられて配置されていても良いし、図２に示すように、フラットケーブル１２の大口面２０ａが他のフラットケーブル１２によって全面的に覆われるように積層配置されていても良い。第一実施形態に係るワイヤーハーネス１０は、電線保護材が網目状シート１６で形成されているため、配策スペースに合わせて種々の束ね方を採用することができる。

シールド層１４は、複数本の金属素線を編み込んで形成された編組よりなる。シールド層１４としては、フラットケーブル１２の導体１８を電磁的にシールドするものであれば特に限定されないため、例えば箔状の金属テープであっても良いし、フラットケーブル１２全体の外周に金属素線を螺旋状に巻き付けてなる構成のものであっても良い。また、フラットケーブル１２全体の外周を覆う構成だけでなく、各フラットケーブル１２の外周をそれぞれ別個に覆う構成であっても良い。

網目状シート１６は、複数本のフラットケーブル１２全体を包み込むように複数本のフラットケーブル１２全体に巻き付けられてその外側に配置されており、車載部品等の外部干渉から電線を保護する電線保護材として機能する。また、網目状シート１６の網目は通気孔として機能するため、網目状シート１６は通気性に優れる構成になっている。なお、複数本のフラットケーブル１２全体に巻き付けされた網目状シート１６は、包みが解けないようにテープ等により固定されていても良い。

電気自動車等に搭載されたワイヤーハーネスは、配索場所の構造上、走行中に外部からの風を受けることができるようになっている。外部からの風は、網目状シート１６の網目を通ってフラットケーブル１２の表面に当たることができる。これにより、フラットケーブル１２の表面からの放熱性を高めることができるため、通電時におけるフラットケーブル１２の温度上昇を抑えることができる。したがって、通電時に通電可能な許容電流値が低下するのを抑えることができる。

網目状シート１６の空孔率としては、通気性の向上によってフラットケーブル１２の放熱性に優れるなどの観点から、１０％以上であることが好ましい。より好ましくは３０％以上、さらに好ましくは ５０％以上である。一方、網目状シート１６の材質や厚さにも関係するが、強度や成形性に優れるなどの観点からいえば、網目状シート１６の空孔率は、９０％以下であることが好ましい。より好ましくは８５％以下、さらに好ましくは８０％以下である。

網目状シート１６の空孔率は、網の部分と網目の部分とを合わせた全体の体積（見かけ体積）に対する網目の部分の体積の割合で表わすことができる。網の部分の体積を真体積とすると、網目状シート１６の空孔率は、以下の式（１）によって表わすことができる。見かけの体積は、厚さ×幅×長さにより算出できる。真体積は、水中に沈めたときの増加体積により求めることができる。

空孔率＝［１−｛（真体積）／（見かけ体積）｝］×１００ （１）

網目状シート１６の網目の大きさは、通気性と強度とのバランスを考慮して適宜定めれば良い。また、網目状シート１６の厚さは、材質、通気性、強度、巻きやすさ等のバランスを考慮して適宜定めれば良い。

網目状シート１６の材料としては、ポリプロピレン・ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、各種エラストマー等を例示することができる。

次に、本発明の第二実施形態に係るワイヤーハーネスについて説明する。図３に示すように、第二実施形態に係るワイヤーハーネス１１０は、複数本のフラットケーブル１２と、複数本のフラットケーブル１２の外周を覆ってフラットケーブル１２の導体１８を電磁的にシールドするシールド層１４と、シールド層１４の外周に配置され、複数本のフラットケーブル１２を束ねてこれらを保護するコルゲートチューブ１１６とを備えている。

第二実施形態に係るワイヤーハーネス１１０は、第一実施形態に係るワイヤーハーネス１０と比較して電線保護材の構成が相違するのみであり、これ以外の構成は、第一実施形態に係るワイヤーハーネス１０と同様であるため、説明を省略する。

複数本のフラットケーブル１２を覆っているコルゲートチューブ１１６は、円環状の山部１１６ａと谷部１１６ｂとが軸線方向（長手方向）に沿って交互に形成された蛇腹状の中空のチューブ体よりなるものである。そのため、その軸線を曲げつつ、自在に屈曲可能になっている。コルゲートチューブ１１６は、軸線方向（長手方向）に沿って全長にわたって切り込み１１６ｃが形成されている、いわゆる半割構造をしている。複数本のフラットケーブル１２を覆う際には、切り込み１１６ｃを開いて複数本のフラットケーブル１２を内部に収容した後、切り込み１１６ｃを閉じるようにする。なお、コルゲートチューブ１１６は、軸線方向に沿って切り込み１１６ｃが形成されていないものであっても良い。

コルゲートチューブ１１６の周面には複数の貫通孔１１６ｄが形成されている。貫通孔１１６ｄは、コルゲートチューブ１１６の山部１１６ａ、谷部１１６ｂ、あるいはその両方に形成されていても良い。この貫通孔１１６ｄは通気孔として機能するため、コルゲートチューブ１１６は通気性に優れる構成になっている。そのため、電気自動車等に搭載されると、走行中（通電中）に、この貫通孔１１６ｄを通ってフラットケーブル１２の表面に外部からの風が当たることによってフラットケーブル１２の表面が冷却されるため、フラットケーブル１２の表面からの放熱性を高めることができる。これにより、通電時におけるフラットケーブル１２の温度上昇を抑えることができるため、通電時に通電可能な許容電流値が低下するのを抑えることができる。

貫通孔１１６ｄの孔径や個数は、特に限定されるものではない。コルゲートチューブ１１６の周面における空孔率としては、通気性に優れるなどの観点から、好ましくは１０％以上、より好ましくは３０％以上、さらに好ましくは５０％以上である。また、強度、成形性に優れるなどの観点から、好ましくは９０％以下、より好ましくは８５％以下、さらに好ましくは８０％以下である。

コルゲートチューブ１１６の材料としては、ポリプロピレン・ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル系エラストマー、フッ素系樹脂等を例示することができる。

コルゲートチューブ１１６は、横断面が楕円形となる、いわゆる扁平形状に成形されても良い。この場合には、その内部に収容される複数本のフラットケーブル１２が互いに重ならないように横並びに配置できる。

次に、本発明の第三実施形態に係るワイヤーハーネスについて説明する。図４に示すように、第三実施形態に係るワイヤーハーネス２１０は、複数本のフラットケーブル１２と、複数本のフラットケーブル１２の外周を覆ってフラットケーブル１２の導体１８を電磁的にシールドするシールド層１４と、シールド層１４の外周に配置され、複数本のフラットケーブル１２を束ねてこれらを保護するチューブ体２１６とを備えている。

第三実施形態に係るワイヤーハーネス２１０は、第一実施形態に係るワイヤーハーネス１０と比較して電線保護材の構成が相違するのみであり、これ以外の構成は、第一実施形態に係るワイヤーハーネス１０と同様であるため、説明を省略する。

チューブ体２１０は、その内部に収容される複数本のフラットケーブル１２が互いに重ならないように配置可能な、横断面が楕円形となる、扁平形状に成形された樹脂製チューブで構成されている。その周面には複数の貫通孔２１６ｄが形成されており、この貫通孔２１６ｄは通気孔として機能するため、チューブ体２１０は通気性に優れる構成になっている。これにより、通電時には、その内部に収容されるフラットケーブル１２の表面からの放熱性を高めることができる。なお、チューブ体２１０は、円筒形状や角筒形状等に成形されていても良い。角筒形状においては、断面が正方形よりも長方形であるほうが複数本のフラットケーブル１２が互いに重ならないように配置しやすい。複数本のフラットケーブル１２が互いに重ならないように配置されているほうが、より放熱性に優れる。

貫通孔２１６ｄの孔径や個数は、特に限定されるものではない。チューブ体２１０の周面における空孔率としては、通気性に優れるなどの観点から、好ましくは１０％以上、より好ましくは３０％以上、さらに好ましくは５０％以上である。また、強度、成形性に優れるなどの観点から、好ましくは９０％以下、より好ましくは８５％以下、さらに好ましくは８０％以下である。

チューブ体２１０の材料としては、ポリプロピレン・ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリアミド、ポリオレフィン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー等を例示することができる。

次に、本発明の第四実施形態に係るワイヤーハーネスについて説明する。図５に示すように、第四実施形態に係るワイヤーハーネス３１０は、複数本の丸線３１２と、複数本の丸線３１２の外周を覆って導体３１８を電磁的にシールドするシールド層１４と、シールド層１４の外周に配置され、複数本の丸線３１２を束ねてこれらを保護する網目状シート１６とを備えている。

第四実施形態に係るワイヤーハーネス３１０は、第一実施形態に係るワイヤーハーネス１０と比較して電線の構成が相違するのみであり、これ以外の構成は、第一実施形態に係るワイヤーハーネス１０と同様であるため、説明を省略する。

丸線３１２は、導体３１８と、導体３１８の外周を覆う絶縁体３２０とで構成されている。導体３１８は、複数本の素線２４を撚り合わせて形成された撚線２２よりなっている。素線２４の材料や絶縁体３２０の材料は、上記するフラットケーブル１２における各材料と同様のものを用いれば良い。なお、導体３１８は、撚線２２ではなく素線であっても良い。

複数本の丸線３１２は、放熱性の観点から、配索される際には、互いに積み重ならないように配置されることが好ましい。

本発明に係るワイヤーハーネスは、第四実施形態に係るワイヤーハーネス３１０において、電線保護材として、網目状シート１６に代えて、第二実施形態におけるコルゲートチューブ１１６を用いたものであっても良いし、第三実施形態におけるチューブ体２１６を用いたものであっても良い。さらに、各実施形態においては、シールド層１４を有しているが、使用態様によってはシールド層１４を有しない構成であっても良い。シールド層１４を有しない構成の場合には、電線表面からの放熱性をより高めることができる。

また、第一〜第三実施形態においては、導体１８の構成が、複数本の撚線２２を幅方向に一列に並行に配置してなる構成であるが、さらに厚み方向にも複数本の撚線２２を配置しても良い。また、これ以外にも、導体１８の構成が、複数本の金属素線を並行に配置してなる構成であっても良いし、平角状であっても良い。また、本発明に係るワイヤーハーネスにおけるフラットケーブル１２や丸線３１２の本数は特に限定されなくても良い。

フラットケーブル１２は、例えば、複数本の撚線２２を幅方向に複数本配置して導体１８を形成し、導体１８の外周を覆うように絶縁体２０を形成することにより製造することができる。絶縁体２０は、導体１８の外周に樹脂等の絶縁材料を押出成形することにより形成することができるし、導体１８を一対の絶縁性フィルム間に挟み込むことにより形成することもできる。要するに、導体１８を所定形状に維持した状態で外部からの絶縁保護を図ることができる構成であれば良い。

ワイヤーハーネス１０は、例えば、複数本のフラットケーブル１２を束ねるとともに、束ねられた複数本のフラットケーブル１２の外周を編組などのシールド層１４で覆った後、シールド層１４の外周に網目状シート１６を巻き付けることにより製造することができる。電線保護材がコルゲートチューブ１１６あるいはチューブ体２１６等の筒状体の場合には、例えば、シールド層１４で覆われた複数本のフラットケーブル１２を筒状体の内部に挿通することにより製造することができる。

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は実施例により限定されるものではない。

（実施例１）
下記構成の丸線およびフラットケーブルについて、許容電流値を測定した。許容電流値は、雰囲気温度８０℃で各電線に通電し、温度上昇Δｔが７０℃になる電流値とした。併せて、電線の本数、電線の並べ方、編組の追加、電線保護材の追加、保護材の種類による許容電流値の影響を調べた。表１に結果を示す。本実施例においては、風を当てない条件で許容電流値の測定を行なっている。表１において、横並べとは、複数本の電線が重ならないように横並びに配置する並べ方である。編組は電線３本を束ねた電線束の外周を覆うように配置した。また、電線保護材は、編組の外周を覆うように配置した。

・丸線Ａ：導体断面積２０ｍｍ^２、電線外径８．７ｍｍ、絶縁体材料（架橋ポリオレフィン）、絶縁体の厚み１．１ｍｍ
・フラットケーブルＢ：導体断面積２０ｍｍ^２、電線厚３．３ｍｍ、電線幅２０ｍｍ、絶縁体材料（架橋ポリオレフィン）、絶縁体の厚み０．７ｍｍ
・フラットケーブルＣ：導体断面積１４ｍｍ^２、電線厚３．３ｍｍ、電線幅１４．４ｍｍ、絶縁体材料（架橋ポリオレフィン）、絶縁体の厚み０．７ｍｍ
・網目状シートＤ：ポリプロピレン（ＰＰ）製、１５メッシュ、繊維径０．３５ｍｍ、空孔率７３％、厚み０．７ｍｍ
・コルゲートチューブＥ：ポリアミド（ＰＡ６）製、通気孔なし、内径２５ｍｍ

表１によれば、丸線Ａ、フラットケーブルＣのいずれを用いたときにも、電線本数の増加、編組の追加、電線保護材の追加にしたがって許容電流値が低下しており、放熱性が低下していることが分かる。丸線ＡとフラットケーブルＣとを比較すれば、フラットケーブルの方が表面積が大きく、放熱性に優れるため、同じ許容電流値を得るに際し、フラットケーブルにすることにより断面積を小さくできることが分かる。フラットケーブルＣにおいては、複数本のフラットケーブルを積層すると許容電流値が低下し、放熱性が低下することが分かる。

（実施例２）
（実施例２−１）
丸線Ａを３本横並べにした電線束の外周を編組で覆い、編組の外周を網目状シートＤで覆って、実施例２−１に係るワイヤーハーネスを形成した。

（実施例２−２）
丸線Ａに代えてフラットケーブルＣを用いた点以外は実施例２−１と同様にして、実施例２−２に係るワイヤーハーネスを形成した。

（比較例２−１）
網目状シートＤに代えてコルゲートチューブＥを用いた点以外は実施例２−１と同様にして、比較例２−１に係るワイヤーハーネスを形成した。

各ワイヤーハーネスについて、風を当てたときの許容電流値の影響を調べた。その結果を表２および図６に示した。

表２および図６によれば、丸線Ａを含むワイヤーハーネスに風を当てると、通気孔を有していないコルゲートチューブで覆われた場合（比較例２−１）に比べて、通気孔を有する網目状シートで覆われた場合（実施例２−１）には許容電流値が大きく上昇していることが分かる。この結果から、電線保護材に通気孔を設けたことによって、風を当てたときの電線の放熱性の向上効果が格段に上がっていることが分かる。さらに、実施例２−１と実施例２−２とを比較すると、丸線よりもフラットケーブルを用いたときのほうが、風を当てたときの電線の放熱性の向上効果に優れていることも確認できた。

（実施例３）
丸線Ａを３本横並べにした電線束の外周を編組で覆い、編組の外周を網目状シートで覆ってワイヤーハーネスを形成した。当該構成のワイヤーハーネスにおいて、網目状シートの空孔率による許容電流値の影響を調べた。この際、風速を５ｍ／ｓとした。その結果を表３および図７に示した。

表３および図７によれば、空孔率が１０％以上のときには、許容電流値が大きく上昇しており、放熱性に優れることが確認できた。また、空孔率の上昇に伴って許容電流値が上昇し、空孔率が５０％以上で放熱性向上効果が飽和していることが分かる。したがって、空孔率が５０％以上のときには、特に放熱性に優れることが確認できた。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１０、１１０、２１０、３１０ ワイヤーハーネス
１２ フラットケーブル
３１２ 丸線
１４ シールド層
１６ 網目状シート
１１６ コルゲートチューブ
２１６ チューブ体
１８ 導体
２０ 絶縁体
２２ 撚線
２４ 素線

Claims (4)

1. モータを駆動源とする車両に搭載されるワイヤーハーネスであって、
   複数本の電線と、
   前記複数本の電線の外周に形成されるシールド層と、
   前記シールド層の外周を覆う電線保護材とを備え、
   前記電線保護材は、その周面に複数の通気孔を有し、
   前記電線保護材の空孔率は１０％以上であることを特徴とするワイヤーハーネス。
2. 前記電線保護材は網目状シートであることを特徴とする請求項１に記載のワイヤーハーネス。
3. 前記複数本の電線はフラットケーブルであることを特徴とする請求項１または２に記載のワイヤーハーネス。
4. 前記電線の導体断面積は５ｍｍ^２以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤーハーネス。
   

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