JP5874563B2 - 電気自動車用のコネクタ構造 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車に適したコネクタ構造に関する。本明細書における「電気自動車」には、モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車や燃料電池車を含む。

走行用モータを備えずエンジンのみで走行する従来の自動車と比較して、電気自動車は、インバータや電圧コンバータ、さらには、バッテリを制御するコントローラなど、様々な電気デバイスを搭載する。電気デバイスの多くはエンジンルームに搭載される。なお、本明細書では、エンジンを備えずモータのみで走行する電気自動車の場合であってもモータなどの駆動系を搭載するスペースを便宜的に「エンジンルーム」と称することにする。

エンジンルームに多くの電気デバイスを搭載することに関して、様々な工夫が提案されている。例えば特許文献１には、エンジンルーム内に配索されるケーブルを保護する構造が提示されている。特許文献１に開示された技術は具体的には次の通りである。走行用モータを制御するパワーコントローラとエンジンが隣接配置されている。パワーコントローラのエンジンと対向する側面にコネクタボックスが取り付けられている。車両が何らかの障害物と衝突した際、エンジンとパワーコントローラが接近し、コネクタボックスから延設されているケーブルがダメージを受ける虞がある。そこで、特許文献１が提示する技術は、ケーブルを金具で囲んで保護する、というものである。

また、特許文献２には、狭いエンジンルームでの作業性を向上するべく、ヒューズを備えるコネクタの小型化を図る技術が提示されている。なお、通常、コネクタは一対で一組をなすが、特許文献２では、一方のコネクタはデバイスに固定される据え付け型であり、その据え付け型コネクタにヒューズが内蔵される。

さらに、特許文献３では、エアコン用インバータとバッテリを接続するコネクタの物理的な接続／離反に走行モータ用インバータのインターロックを連動させるという技術が開示されている。

特開２００６−２４８３１３号公報 特開２００４−２７３３８１号公報 特開２００５−３０２５１４号公報

本明細書が開示する技術も、エンジンルームに多くの電気デバイスを搭載する電気自動車に適したコネクタ構造に関する。特許文献２に開示されているように、据え付け型コネクタにヒューズを備えることがある。ヒューズは、通常、過電流を防止するために備えられる。ヒューズの一つのタイプは、管ヒューズと呼ばれ、ガラス管あるいはセラミック管に細いワイヤが内蔵されている。このタイプのヒューズは割れ易いという特徴がある。本明細書は、この割れ易い管ヒューズを、車両が障害物に衝突した際の電気デバイスの安全装置に利用し、車両の安全性を高める技術を提供する。

本明細書は、電気自動車に適したコネクタ構造を提供する。その一態様は、据え付け型コネクタと、据え付け型コネクタに接続するケーブル側コネクタを備える。据え付け型コネクタは、電気自動車のエンジンルーム内に配置される第１デバイスの側面に取り付けられている。また、据え付け型コネクタは、エンジンルーム内に配置される第２デバイスに隣接するように取り付けられている。そして、据え付け型コネクタ内において、ケーブル側コネクタと電気的に接続する導電路に管ヒューズが設けられているとともに、ケーブル側コネクタを据え付け型コネクタに固定する固定ボルトが、管ヒューズと第２デバイスの間に位置する。据え付け型コネクタが取り付けられる第１デバイスは、典型的には、走行用モータに交流電流を供給するパワーコントローラである。また、第２デバイスは、例えばエンジンである（ハイブリッド車の場合）。あるいは、第２デバイスは、モータやバッテリでもよい。

本明細書が開示する上記の技術は、衝突の衝撃で管ヒューズが破壊されるようにすることによって、管ヒューズに繋がっている電気デバイスを即座に停止させる。上記のコネクタ構造の作用は具体的には次の通りである。車両が何かの障害物と衝突すると、隣接配置されている第１デバイスと第２デバイスの一方が障害物に押されて移動し、両者が接近する。据え付け型コネクタは第２デバイスに隣接するように配置されているので、第２デバイスが据え付け型コネクタとぶつかる。そして、管ヒューズと第２デバイスの間には硬い固定ボルトが存在し、その固定ボルトが第２デバイスに押されて管ヒューズあるいはその周辺を変形させ、管ヒューズを破壊する。管ヒューズが破壊されることで、導電路が電気的に遮断され、その導電路に繋がっているデバイスが即座に停止する。

本明細書が開示するコネクタ構造は、通常は過電流防止のために備えられている管ヒューズを衝突時の安全装置としても利用し、車両の安全性を高める。なお、ヒューズの接続状態を常に監視しており、ヒューズが切断すると別のデバイスを停止させるインターロックをさらに備えることも好適である。

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。

ハイブリッド車のエンジンルーム内のレイアウトを示す平面図である。 ハイブリッド車の電気系統のブロック図である。 据え付け型コネクタの構造を示す斜視図である。 据え付け型コネクタの平面図である。 据え付け型コネクタの斜視図である。 変形例の据え付け型コネクタの側面図である。

最初に、実施例の特徴のいくつかを列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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。

（特徴１）衝突の衝撃でエンジン４０（第２デバイス）が固定ボルト５をガラス管ヒューズ３に向けて押し出し易くするために、据え付け型コネクタ１０のケース２の側面であって固定ボルト５とエンジン４０の間に位置する側面２ａがエンジン４０に対向している。例えば、据え付け型コネクタ１０のケース２がもともとは直方体であり、その角部が第２デバイスに向く場合には、その角部を面取りし、新たな面が第２デバイスに対向するように据え付け型コネクタのケースの形状を定めるとよい。

（特徴２）衝突時にパワーコントローラ３０（第１デバイス）とエンジン４０（第２デバイス）の間で据え付け型コネクタ１０が潰れ易いように、据え付け型コネクタ１０のケース２は樹脂で作られている。また、据え付け型コネクタ１０の下面には、筐体側面に近い側が低く遠い側が高い段差が形成されており、ガラス管ヒューズ３は、段差よりも筐体側面から遠い側で据え付け型コネクタ内に配置されている（図６参照）。段差よりも筐体側面から遠い側にガラス管ヒューズ３を配置することで衝突時にガラス管ヒューズ３が破壊され易くなる。また、据え付け型コネクタ１０の段差は、パワーコントローラ３０を運ぶ際の持ち手としても利用できる。

（特徴３）据え付け型コネクタ１０は、固定ボルト５の頭の一部を覆い残りの部分を露出するカバー４を備えている。特に、カバー４は、固定ボルト５の頭のうち、エンジン４０に近い側を露出させる。ボルト５の頭の一部を覆うカバー４を備えることで、ボルト５を安易に外せないようにするとともに、エンジン４０に近い側を露出させることで、カバー４が衝突時にガラス管ヒューズ３を破壊し難くすることがないようにようにする。

図面を参照して実施例のコネクタ構造を説明する。図１は、ハイブリッド車９９のエンジンルーム９８の平面図である。エンジンルーム９８は、車両の前方にある場合には、フロントコンパートメントと呼ばれることもある。実施例の車両はハイブリッド車であり、エンジンルーム９８には、エンジン４０のほか、２個のモータとギア類を含むドライブトレイン５０が配置されている。ドライブトレイン５０の上には、バッテリの直流電力を交流に変換してモータに出力するパワーコントローラ３０が搭載されている。パワーコントローラ３０の側面には、エンジン４０に隣接するように、据え付け型コネクタ１０が取り付けられている。据え付け型コネクタ１０は、バッテリ（不図示）から延びるケーブルをパワーコントローラ３０とエアコン用インバータ（不図示）に接続する中継器である。なお、バッテリは、エンジンルーム９８ではなく、車室の後部座席の下に配置される。また、全ての図において、Ｘ軸は車両前方に相当し、Ｙ軸は車両側方に相当し、Ｚ軸は車両上方に相当する。

図２に、ハイブリッド車９９の電気系のブロック図を示す。ハイブリッド車９９は、エンジン４０の他に、２個のモータ３６、３７を有する。バッテリ３４は、システムメインリレー３３とコネクタ（後述）を介して、パワーコントローラ３０とエアコン用インバータ３２に接続している。パワーコントローラ３０は、２組のインバータ回路をその内部に備えており、バッテリ３４の直流電力を交流に変換し、２個のモータ３６、３７の夫々に交流電力を供給する。

２個のモータ３６、３７の出力軸とエンジン４０の出力軸は、動力分配機構３８に連結している。動力分配機構３８は、プラネタリギアであり、サンギアに第１モータ３６の出力軸が連結しており、プラネタリキャリアにエンジンの出力軸が連結しており、リングギアに第２モータ３７が連結している。また、リングギアは、車軸４１にも連結している。車軸４１はデファレンシャルギア４２を介して車輪４３と連動する。エンジン４０の出力と２個のモータ３６、３７の出力を適宜に調整することによって、動力分配機構３８は、エンジン４０と２個のモータ３６、３７の出力を合成して車軸４１に出力したり、エンジン４０の出力を第１モータ３６と車軸４１に分配する。後者の場合、エンジン４０の駆動力によって第１モータ３６が発電する。また、ハイブリッド車９９は、車両の減速エネルギを使って２個のモータ３６、３７を回転させ、発電する。ハイブリッド車９９は、発電で得られた電力でバッテリ３４を充電する。

コネクタ（据え付け型コネクタ１０、第１コネクタ１２、第２コネクタ１３）に関する電気系統を説明する。バッテリ３４から出ているケーブルの先端に第１コネクタ１２が取り付けられており、その第１コネクタ１２が据え付け型コネクタ１０に着脱自在に接続される。なお、前述したように、据え付け型コネクタ１０は、パワーコントローラ３０の側面に取り付けられているが、図２では、理解を助けるために据え付け型コネクタ１０とパワーコントローラ３０を分離して描いてある。据え付け型コネクタ１０には、第２コネクタ１３が着脱自在に接続される。第２コネクタ１３はエアコン用インバータ３２から延びているケーブルの先端に取り付けられている。エアコン用インバータ３２は、バッテリ３４から電力の供給を受けてエアコンのコンプレッサ３１を駆動する。

据え付け型コネクタ１０の内部には、ガラス管ヒューズ３が備えられている。ガラス管ヒューズ３は、第１コネクタ１２と第２コネクタ１３を電気的に接続する導電路に備えられており、その導電路に予め定められた許容電流より大きい電流が流れると切断する。すなわち、ガラス管ヒューズ３は、バッテリ３４からエアコン用インバータ３２へ過電流が流れることを防止する。

ガラス管ヒューズ３の両端から別の導電路３９（ケーブル）が延びており、インターロック回路３５に繋がっている。インターロック回路３５は、ガラス管ヒューズ３の接続状態を監視しており、ガラス管ヒューズ３が切れるとパワーコントローラ３０へ停止信号を送信する。インバータ、パワーコントローラ、インターロック回路の具体的な回路構成は良く知られているので詳しい説明は省略する。

コネクタ構造について説明する。据え付け型コネクタ１０の斜視図を図３示し、カバー４を外した平面図を図４に示す。なお、図３では、第１コネクタ１２と第２コネクタ１３の内部の部分（例えば端子など）は図示を省略している。据え付け型コネクタ１０は、パワーコントローラ３０の側面に固定されている。また、据え付け型コネクタ１０は、エンジン４０に隣接するように、パワーコントローラ３０の側面に取り付けられている。バッテリ３４から延びているケーブルの先端の第１コネクタ１２は、据え付け型コネクタ１０の下面に取り付けられる。第１コネクタ１２は、ボルト５にて据え付け型コネクタ１０に固定される。ボルト５をケース２の上部から挿通し、ケース２の下側で第１コネクタ１２を固定する。エアコン用インバータ３２から延びているケーブルの先端の第２コネクタ１３も据え付け型コネクタ１０の下面に取り付けられる。第２コネクタ１３は、ボルト６にて据え付け型コネクタ１０に固定される。ボルト６をケース２の上部から挿通し、ケース２の下側で第２コネクタ１３を固定する。ボルト５（６）は、第１コネクタ１２（第２コネクタ１３）を上方へ引き上げるので、「引き上げボルト」と呼ばれることがある。

前述したように、据え付け型コネクタ１０の中にはガラス管ヒューズ３が取り付けられており、そのガラス管ヒューズ３は、バッテリ３４とエアコン用インバータ３２の間の導電路に備えられている。据え付け型コネクタ１０の上面には、カバー４が取り付けられる。詳しくは後述するが、カバー４は、ガラス管ヒューズ３を覆うとともに、ボルト５と６を覆う。但し、カバー４は、エンジン４０に近いボルト５の頭の一部を露出させる。

図４の平面図は、ガラス管ヒューズ３とボルト５とエンジン４０の位置関係を示している。ボルト５は、ガラス管ヒューズ３とエンジン４０の間に位置するようにレイアウトされている。また、据え付け型コネクタ１０のケース２は、エンジン４０に最も近い側面２ａが、その法線がエンジン４０を向くように作られている。別言すれば、ケース２は、上方から見ると、エンジン４０に面した角を切り落とした五角形を成している。

上記のガラス管ヒューズ３を中心とした部品のレイアウトの作用を説明する。車両が障害物と衝突すると、その衝撃でエンジン４０とパワーコントローラ３０が接近する。据え付け型コネクタ１０はエンジン４０と隣接しているので、エンジン４０の角部が据え付け型コネクタ１０の対向する側面２ａに当たる。側面２ａの内側にはボルト５が位置している。エンジン４０がぶつかるとボルト５がガラス管ヒューズ３へ向けて押し出される（図４の矢印Ａ、Ｂ参照）。ボルト５は、ガラス管ヒューズ３、あるいは、ガラス管ヒューズ３を固定している金具７に衝突し、ガラス管ヒューズ３を割る（即ちヒューズを切断する）。なお、ボルト５が金具７に衝突した場合も、その勢いでガラス管ヒューズ３は捩れて割られる（ヒューズが切断される）。ガラス管ヒューズ３が割れると、バッテリ３４とエアコン用インバータ３２の間の導電路が遮断される。図２を参照して説明したように、ガラス管ヒューズ３にはインターロック回路３５が連動しており、ガラス管ヒューズ３が切断すると、インターロック回路３５が動作し、パワーコントローラ３０を停止させる。ハイブリッド車９９は、衝突の衝撃でガラス管ヒューズ３が割れ易いコネクタ構造を採用し、ガラス管ヒューズ３が割れると主要な電気デバイスが停止する。すなわち、ハイブリッド車９９は、ガラス管ヒューズ３を衝突時の安全装置として活用する。

図５に、カバー４を取り付けた状態での据え付け型コネクタ１０の斜視図を示す。カバー４は、ガラス管ヒューズ３を覆うだけでなく、ボルト５の頭の一部を覆う。なお、図５では、ボルト４の頭の形状を簡略化して描いてある。また、カバー４はボルト６の頭は全て覆っている。ボルト５、６の頭を覆う範囲は、カバー４を付けた状態ではボルト５を取り外せない程度の範囲である。また、ボルト５の頭の露出している部分は、エンジン４０に近い側である。すなわち、ボルト５の頭においてエンジン４０に近い部分は、カバー４で覆われておらず、衝突の衝撃でボルト５をガラス管ヒューズ３へ向けて押しやることをカバー４が阻害することがない。また、ボルト５の頭の一部を露出させることで、カバー４を付けた状態でもボルト５を視認できるので、ボルト５の付け忘れを防止することができる。

次に、図６を参照して、据え付け型コネクタ１０の変形例を説明する。変形例の据え付け型コネクタ１１０は、下面に段差を有している。パワーコントローラ３０から遠い側の下面１１０ａが、パワーコントローラ３０に近い側の下面１１０ｂよりも高くなっている。そして、下面が高い方のコネクタ内部にガラス管ヒューズ３が配置されている。なお、第１コネクタ１２と第２コネクタ１３は、低い方の下面１１０ｂにて据え付け型コネクタ１１０に接続する。このコネクタ構造は、高い下面１１０ａの部分を持ち手として利用することができる。また、ガラス管ヒューズ３を、高い下面１１０ａの側、即ち、コネクタ容積の小さい場所に配置するので、エンジン４０（図６では不図示）が衝突したときにガラス管ヒューズ３が割れ易い。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のハイブリッド車９９はガラス管ヒューズを備えたが、これに代えてセラミック管ヒューズであってもよい。また、本明細書が開示する技術は、ハイブリッド車だけでなく、他の電気自動車や燃料電池車に適用することもできる。

実施例の据え付け型コネクタ１０のケース２は、直方体の一角（エンジン４０に近い角）を落としてエンジン４０に対向する面（側面２ａ）を設けた形状である。また、側面２ａのすぐ内側にボルト５が位置する。そのような形状により、ボルト５の付近に付着した水分は２ａに沿って落下するのでケース上面に留まる水分（雨水など）を少なくすることができる。

第１コネクタ１２がケーブル側コネクタの一例に相当する。パワーコントローラ３０が第１デバイスの一例に相当する。エンジン４０が第２デバイスの一例に相当する。

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。

２：ケース
２ａ：側面
３：ガラス管ヒューズ
４：カバー
５、６：固定ボルト
７：金具
１０：据え付け型コネクタ
１２：第１コネクタ
１３：第２コネクタ
３０：パワーコントローラ
３２： エアコン用インバータ
３３：システムメインリレー
３４：バッテリ
３５：インターロック回路
３６、３７：モータ
４０：エンジン
５０：ドライブトレイン
９８：エンジンルーム
９９：ハイブリッド車

Claims (4)

1. 電気自動車のエンジンルーム内に配置される第１デバイスの側面に取り付けられており、エンジンルーム内に配置される第２デバイスに隣接するように取り付けられている据え付け型コネクタと、
   据え付け型コネクタに接続するケーブル側コネクタと、
   を備えており、
   据え付け型コネクタ内において、ケーブル側コネクタと電気的に接続する導電路に管ヒューズが設けられているとともに、ケーブル側コネクタを据え付け型コネクタに固定する固定ボルトが、管ヒューズと第２デバイスの間に位置することを特徴とするコネクタ構造。
2. 据え付け型コネクタの側面であって固定ボルトと第２デバイスの間に位置する側面が第２デバイスに対向していることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ構造。
3. 据え付け型コネクタの下面には、筐体側面に近い側が低く遠い側が高い段差が形成されており、管ヒューズは、段差よりも筐体側面から遠い側で据え付け型コネクタ内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコネクタ構造。
4. 据え付け型コネクタは、固定ボルトの頭の一部を覆うカバーを備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のコネクタ構造。

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