JP5650253B2 - パワーケーブルの接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ又はモータの筐体に取り付けられた端子台と、インバータからモータへ電力を供給するパワーケーブルの接続構造に関する。

電気自動車は、走行用のモータと、バッテリの直流電力をモータ駆動に適した周波数の交流電力に変換するインバータを備える。インバータからモータへ電力を供給するケーブルは、大電流を流すことから、パワーケーブルと呼ばれることが多い。インバータの筐体とモータの筐体がパワーケーブルで接続される。パワーケーブルの先端にはコネクタが取り付けられており、一方、インバータの筐体あるいはモータの筐体には、そのコネクタと結合する端子台が設けられる。

電気自動車の走行用モータは特に大電力であるため、パワーケーブルの一本一本が太くて剛性が高く、そのため、コネクタと端子台の接続構造には強度が求められる。そこで、特許文献１や２に、特に端子台の強度を高める技術が提案されている。特許文献１や２に開示された技術では、端子台に、パワーケーブルのコネクタの端子をボルト締めするためのナットが並んでいる。そして、隣接するナットの間に仕切板（特許文献２）、あるいは、リブ（特許文献３）を設け、端子台の強度を高める。

特開２０１１−１７７００２号公報 特開２０１２−１６０３５５号公報

一般に、構造強度を高めようとすると、コネクタあるいは端子台のサイズが大きくなる。本明細書は、大型化を避けつつ、コネクタと端子台の双方の強度を高める技術を提供する。本明細書は、相互に嵌合するコネクタと端子台の構造的特徴を巧みに利用して、サイズの大型化を抑制しつつ強度を確保する技術を提供する。

パワーケーブルの先端のコネクタには、複数のケーブル側端子が固定されている。また、コネクタと結合する端子台には、複数のケーブル側端子の夫々に対応して、ケーブルケーブル側端子をボルト締めするためのナットを囲んで保持する保持壁が設けられている。本明細書が開示する技術は、コネクタについては、隣接する端子間を通過してコネクタハウジングを横断する第１リブを設けて強度を高める。一方、端子台については、隣接する保持壁を連結する第２リブを設けて強度を高める。ここで、本明細書が開示する技術は、第１リブと第２リブのいずれか一方に切欠を設け、コネクタを端子台に接続したときに、他方のリブが一方のリブに設けられた切欠を通って交差する位置関係となるように設ける。２つのリブを交差させることで、２つのリブが占める空間の省スペース化が図られる。なお、両方のリブに切欠を設け、切欠同士が対向して交差するように２つのリブの位置関係を定めてもよい。

上記の技術は、複数のケーブル側端子が一列に並んでいるコネクタに対して、以下の理由により特に有効である。複数のケーブル側端子が一列に並んでいると、コネクタハウジングが細長くなる。そうすると強度が下がるので、コネクタハウジングの長手方向の略中央付近でハウジングを横断する第１リブを設けると強度向上に有効である。他方、コネクタのケーブル側端子の並びに対応して、端子台のナットも一列に並ぶ。そのような構造では、隣接するナットの保持壁同士を接続する第２リブは、ナットの並び方向、即ち、コネクタハウジングの長手方向に伸びることになる。従って、第１リブの伸びる方向と第２リブの伸びる方向が交差することになるので、本明細書が開示する技術を適用するのに好都合である。典型的には、一つのインバータの筐体から２つのモータへ電力を供給する場合である。そのような場合、コネクタには、２個のモータの夫々に電力を供給する少なくとも６本のケーブル側端子が一列に並ぶ。インバータの筐体が有する端子台には、少なくとも６本のケーブル側端子の夫々に対応して、ケーブル側端子を締結する６個のナットが一列に並んで配置される。６個のナットの一列の並びのために、コネクタハウジングが相応に細長くなる。そのようなコネクタと端子台において、上記したリブがコネクタの強度確保に有効である。

なお本明細書が開示する技術は、インバータの筐体に設けられた端子台とパワーケーブルの間の接続構造に適用してもよいし、モータの筐体に設けられた端子台とパワーケーブルの間の接続構造に適用してもよい。また、コネクタハウジングとは、ケーブル側端子を固定するコネクタ本体に相当する。

さらに、第１リブは、ケーブル側の端子よりも、コネクタを端子台に接続したときの端子台側に設けられていると良い。そのような構造は、コネクタの厚み（端子台への挿通方向におけるコネクタハウジングの長さ）の方向で２つのリブ同士が切欠を通じて交差するので、コネクタの厚みを節約することができる。

リブに設ける切欠は、作業者がコネクタを端子台に結合する際のコネクタの向きを特定することにも利用できる。そのためには、リブの切欠を、コネクタの開口の中央よりも開口の縁側にずれた位置に設ければよい。そのような構造を有していれば、コネクタの向きが正しくない場合には切欠と相手方のリブの位置が合致しない。従って作業者がコネクタの向きを間違えることを防止できる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

端子台とコネクタの斜視図である。 図１のII−II線における端子台とコネクタの断面図である。 図３（Ａ）はコネクタの底面図であり、図３（Ｂ）は端子台の平面図である。 図２のIV−IV線における端子台とコネクタの断面図である。 図２のIV−IV線における端子台とコネクタの結合時の断面図である。 図２のVI−VI線における端子台とコネクタの結合時の断面図である。

図面を参照して実施例の接続構造を説明する。実施例の接続構造は、電気自動車のインバータに設けられた端子台と、その端子台に取り付けられるパワーケーブルのコネクタで構成される。図１に、コネクタ１０と端子台２０の斜視図を示す。図２に、図１のII−II線における断面図を示す。端子台２０はインバータ９２に取り付けられている。なお、インバータ９２は、２個のモータへそれぞれ電力を供給するので、コネクタ１０と端子台２０には夫々６組の端子が備えられる。コネクタ１０からは６本のパワーケーブル９１が伸びている。これらのパワーケーブル９１は、３本づつ、不図示の２個のモータに繋がっている。

コネクタ１０の筐体は、ケーブル側端子１５（図２参照）を固定するコネクタハウジング１３とカバー１２で構成される。６個のケーブル側端子１５はコネクタ内で６本のパワーケーブル９１と夫々接続している。コネクタハウジング１３は筒状であり、端子台２０の筒状の端子台ハウジング２１と嵌合する。コネクタハウジング１３の周囲には、端子台ハウジング２１と嵌合した際に両者の間を封止するＯリング１４（リングパッキング）が嵌められている。カバー１２は、コネクタ内のケーブル側端子１５を端子台２０のナット２４に締結する際のボルトを挿入するために、コネクタハウジング１３から着脱自在となっている。コネクタハウジング１３とカバー１２は、ともに樹脂製である。

端子台２０では、ナット２４、バスバ２３、保持壁２２がワンセットで端子ユニット２５を構成する。ナット２４は、前述したように、コネクタ１０内のケーブル側端子１５を締結するボルトを固定するために備えられている。参考に、図２の右端に、ボルト９４を仮想線で描いてある。なお、ボルト９４を締結する際には、カバー１２を外す。ナット２４は、端子台ハウジング２１と一体の保持壁２２で囲まれて固定されている。保持壁２２はコの字型であり、ナット２４は、コの字の内側に固定されている。保持壁２２は、ナット２４を固定する機能とともに、バスバ２３を保持する機能も有している。バスバ２３は、ケーブル側端子１５と接触し、電力をインバータ内の回路からパワーケーブルへ伝達するための導体である。バスバ２３は、銅などの内部抵抗の小さい金属の細長い板である。バスバ２３の端部は、コの字状の保持壁２２の内壁と頂面に沿って拡がっている。ボルト９４にてケーブル側端子１５をナット２４に締結すると、コの字状の保持壁２２の頂面に拡がったバスバ２３の端部がケーブル側端子１５と密着し、両者が導通する。バスバ２３の本体２３ａは、端子台ハウジング２１を通ってインバータ９２内の回路（不図示）に接続されている。

図２では左端のケーブル側端子１５と端子ユニット２５だけに符号を付している。他の５個のケーブル側端子と端子ユニットには符号を省略しているが、全て左端のケーブル側端子１５及び端子ユニット２５と同じ構造である。また、全てのケーブル側端子１５は、ボルト９４で端子ユニット２５（ナット２４）に締結される。

図１、図２によく表されているように、コネクタ１０の６個のケーブル側端子１５は一列に並んでおり、コネクタ１０は細長い形状を有している。そこで、コネクタハウジング１３には、その筒部の内側の略中央でコネクタハウジング１３を横断する第１リブ１６が設けられている。図３（Ａ）に、コネクタ１０の底面図（図中の座標系のＺ軸の正方向に向かってコネクタ１０を見た図）を示す。図２、図３（Ａ）からよく理解されるように、第１リブ１６は、開口が細長の筒部の中央にて隣接する２個のケーブル側端子１５の間でコネクタハウジング１３を横断している。この第１リブ１６は、コネクタハウジング１３の強度を高めることに寄与する。第１リブ１６の端子台２０に面する縁には切欠１７が設けられている。この切欠１７については後述する。

端子台２０において、隣接する保持壁２２（端子ユニット２５）は第２リブ２６によって連結されている。第２リブ２６は、保持壁２２の強度（即ち端子台２０の強度）を高めることに寄与する。図３（Ｂ）に端子台２０の平面図（図中の座標系のＺ軸の負方向に向かって端子台２０を見た図）を示す。図３（Ａ）、（Ｂ）によく表されているように、第１リブ１６は図中の座標系のＸ軸に沿って伸びており、第２リブ２６は、Ｙ軸に沿って伸びている。即ち、第１リブ１６と第２リブ２６は、コネクタ１０を端子台２０に接続したときに互いに交差する位置関係を有する。また、コネクタ１０を端子台２０に接続したときに、第１リブ１６に設けられた切欠１７に第２リブ２６が通る。次に、この切欠１７の利点について説明する。

図２のIV−IV線に沿った断面を図４に示す。図４は、第１リブ１６をその長手方向に沿って切断する断面図である。また、図４に対応する断面図であってコネクタ１０と端子台２０の接続時の断面を図５に示す。前述したように、第１リブ１６と第２リブ２６は、コネクタ１０を端子台２０に接続したときに、一方のリブ（第２リブ２６）が他方のリブ（第１リブ１６）に設けられた切欠１７を通って交差する位置関係にある。従って、コネクタ１０を端子台２０に接続した際、コネクタ１０の端子台２０への挿通方向において、第１リブ１６と第２リブ２６はオーバーラップする。このオーバーラップの分だけ、コネクタ１０を端子台２０に接続したときの高さ（図５の符号Ｈが示す長さ）を短くすることができる。切欠１７は、コネクタ１０と端子台２０の双方に強度を高めるリブを設けたことによるサイズの増加を抑制する。

また、第１リブ１６は、ケーブル側端子１５よりも端子台２０に近い位置ある。この位置は、図５によく表されているように、コネクタ１０の挿通方向において、コネクタハウジング１３の筒部と端子台ハウジング２１が嵌合するスペースに含まれる。即ち、第１リブ１６が位置するスペースは、もともと必要だったスペースであるため、第１リブ１６を設けたことによるスペース増加は限定的である。

さらにまた、図４における第１リブ１６の上端（第１リブ１６において、端子台２０から最も遠くに位置する縁）が、ケーブル側端子１５よりも端子台２０に近い位置にあり、ケーブル側端子１５の裏面側に突出していないことが、次の利点を与える。なお、ケーブル側端子１５の裏面とは、端子台２０とは反対側の面を意味し、その裏面側から、ケーブル側端子１５を端子ユニット２５に締結するボルト９４（図５参照）が挿通される。第１リブ１６がケーブル側端子１５の裏面側に突出していないので、第１リブ１６は、ボルト９４を締結する際の邪魔にならない。このことは逆に言えば、第１リブ１６がケーブル側端子１５の裏面側に突出していると、ボルト９４を締結する工具が第１リブ１６に接触しないように、第１リブ１６の両側ケーブル側端子１５の間隔を広くしなければならず、その分だけコネクタ１０のサイズ、ひいては端子台２０のサイズが大きくなる。第１リブ１６がケーブル側端子１５の裏面側に突出していないので、コネクタ１０／端子台２０をコンパクトにすることができる。

一方、第１リブ１６に設けられた切欠１７は、別の機能を有する。図４に示されているように、切欠１７は、コネクタハウジング１３の開口部の中心ＣＮよりも開口の右側の縁側（第１リブ１６の図中の右側の端部側）にずれた位置に設けられている。それゆえ、コネクタ１０を逆にすると、第２リブ２６が切欠１７に正対しない。その状態では、コネクタ１０は端子台２０に正しく嵌合できない。コネクタ１０を端子台２０に取り付ける作業者は、誤ってコネクタ１０を逆に取り付けようとしても正しく嵌合しないので、過ちに気付くことができる。すなわち、切欠１７を開口の中心からオフセットして設けることで、コネクタ１０の取り付け作業性を高めることができる。

なお、参考として、図６に、図２のVI−VI線に沿った断面を示す。ケーブル側端子１５は、端子台２０のナット２４にボルト締めされると、バスバ２３の端部に密着し、コネクタ１０と端子台２０が導通する。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の接続構造は、インバータ９２に設けられた端子台２０と、インバータからモータへ電力を供給するパワーケーブル９１の端部のコネクタ１０で実現されている。本明細書が開示する接続構造は、モータの筐体に設けられた端子台とパワーケーブルの端部のコネクタに適用することもできる。その場合は、図１〜図６において、符号９２が示す構造体がモータの筐体に相当する。

実施例のコネクタ１０／端子台２０では、６個の端子（ケーブル側端子１５、バスバ２３）が一列に並んでいた。そのようなレイアウトではコネクタ１０と端子台２０が共に細長となるため、強度が確保し難い。コネクタと端子台がそのように細長い場合に本明細書明細書が開示した技術は好適である。ただし、本明細書が開示する技術は、６個の端子が一列に並んだケースに限られるものではない。

実施例ではコネクタハウジング１３に備えられた第１リブ１６に切欠１７を設けた。切欠は、端子台ハウジング２１に備えられた第２リブ２６に設けてもよい。また、第１リブと第２リブの双方に切欠を設け、コネクタ１０を端子台２０に結合した際に、第１リブの切欠と第２リブの切欠が交差するように構成してもよい。

また、実施例では、第１リブ１６は、コネクタハウジング１３の長手方向の略中央に設けた。第１リブ１６を設ける位置は、上記の位置に限られるものではない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：コネクタ
１２：カバー
１３：コネクタハウジング
１４：Ｏリング
１５：ケーブル側端子
１６：第１リブ
１７：切欠
２０：端子台
２１：端子台ハウジング
２２：保持壁
２３：バスバ
２３ａ：バスバ本体
２４：ナット
２５：端子ユニット
２６：第２リブ
９１：パワーケーブル
９２：インバータ
９４：ボルト
ＣＮ：中心
Ｈ：コネクタ高さ

Claims (4)

1. インバータ又はモータの筐体に取り付けられた端子台と、インバータからモータへ電力を供給するパワーケーブルの接続構造であり、
   パワーケーブルのコネクタに、複数のケーブル側端子が固定されているとともに、隣接する端子間を通過してコネクタハウジングを横断する第１リブが設けられており、
   端子台に、ケーブル側端子をボルト締めするためのナットを囲んで保持する保持壁が設けられているとともに、隣接する保持壁を連結している第２リブが設けられており、
   第１リブと第２リブは、いずれか一方のリブに切欠が設けられており、コネクタを端子台に接続したときに、他方のリブが一方のリブに設けられた切欠を通って交差する位置関係にあることを特徴とするインバータ／モータ間のパワーケーブルの接続構造。
2. 前記切欠が、第１リブに設けられているとともに、コネクタの開口の中央よりも開口の縁側にずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の接続構造。
3. 第１リブは、ケーブル側の端子よりも、コネクタを端子台に接続したときの端子台側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の接続構造。
4. 前記端子台には、２個のモータの夫々に電力を供給する少なくとも６本のケーブル側端子を締結する６個のナットが一列に並んで配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の接続構造。

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