JP5962683B2 - モータのコネクタ保護構造 - Google Patents

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Description

本発明は、車両衝突時に変形する車両のサイドメンバがモータケースのコネクタに接触するのを防止してコネクタを保護するモータのコネクタ保護構造に関する。
モータによって車両を駆動する電気自動車や、モータとエンジンを搭載したハイブリッド自動車等の車両が知られている。これらの車両では走行性能を向上させるため、高電圧のバッテリの電力を制御してモータに供給するインバータや高電圧のパワーケーブルを有していることから、衝突事故に対するさまざまな検討が進んでいる。これらの車両における衝突において、軽度の衝突の場合ではインバータが故障せず、パワーケーブルの断線やコネクタ破損も発生しないことが望ましい。また、衝撃が大きい車両衝突においても、バッテリの高電圧遮断機能やインバータ内の高電圧の急速放電機能が正常に働き、パワーケーブルの断線やコネクタの破損による漏電が発生しないことが望ましい。
近年、このような機能を実現するために車両衝突時におけるコネクタの破損を防止する技術が開示されている。例えば、特許文献1には、衝突時におけるサイドメンバの変形によってサイドメンバとコネクタとが接触することを防止する保護部材を、モータケースに2軸方向からボルトで固定したモータのコネクタ保護構造が記載されている。このコネクタ保護構造によれば、金属製の保護部材を2軸方向からボルト固定することで、サイドメンバの折れ曲がり変形によってコネクタに加わる荷重を受け止めてコネクタを保護することができると述べられている。
特開2013−66327号公報
上記特許文献1に記載のモータのコネクタ保護構造では、保護部材の固定部が略直交する第1および第2側壁部を一体的に有し、この固定部の第1および第2側壁部をモータケースの後面および側面に2軸方向からボルト締結して固定するものである。この場合、保護部材の第1および第2側壁部の両方がモータケースの外表面に着座した状態に固定するのは容易ではなく、保護部材の組付性が悪いという問題がある。
より詳細には、固定部の第1側壁部をボルトで仮締めし、その後、固定部の第2側壁部をボルトで仮締めし、それから、各側壁部のそれぞれのボルトを本締めして保護部材をモータケースに固定する作業が必要となり、組付性が悪くなっていた。また、このようにして固定された場合でも、部品の製造誤差等によって第1および第2側壁部のいずれか一方がモータケースの外表面に着座しないことがあり、その場合、ボルトによる締結力が不足して緩みが発生しやすくなることが懸念される。
本発明の目的は、モータケースへの組付け性が良く、かつ、モータケースの2側面で衝突荷重を受け止めて、保護部材が衝突時に離脱せずコネクタの破損を確実に防止することができる、モータのコネクタ保護構造を提供することである。
本発明に係るモータのコネクタ保護構造は、モータを収容するモータケースと、前記モータケースの外面に露出して設置され前記モータに給電するためのコネクタと、前記コネクタと、前記コネクタの近傍にある車両のサイドメンバとの間に設けられて前記モータケースに固定される保護部材と、を備えるモータのコネクタ保護構造であって、前記保護部材は、前記コネクタの周辺に立設される保護部と、前記保護部に連設されて前記モータケースの第1の側面にボルトで固定される固定部と、前記固定部に連設され、前記第1の側面とは異なる向きの前記モータケースの第2の側面に立設されたスタッドが貫通する貫通孔を含み、かつ、前記スタッドによって前記第2の側面上にナット締結されることなく支持される支持部とを有するものである。
本発明に係るモータのコネクタ保護構造において、前記スタッドの外周面および前記貫通孔の内周面の少なくとも一方に、衝突荷重の入力によって前記貫通孔内での前記スタッドの軸方向のずれを抑制する引っ掛かり部を形成するのが好ましい。
この場合、前記引っ掛かり部は、前記スタッドの外周面に形成された雄ねじ山、または、前記孔の内周面に形成された雌ねじ溝で構成されてもよい。


また、本発明に係るモータの保護構造において、前記保護部材の保護部は、前記コネクタの側方を覆って設けられる側方保護部分と、前記コネクタの上方を覆って設けられる上方保護部分とを一体的に含んでもよい。
本発明に係るモータのコネクタ保護構造によれば、支持部の貫通孔にスタッドを貫通させて保護部材をモータケースの第2の側面上に仮置きした後、固定部をボルトでモータケースの第1の側面上に確実に着座した状態に締結することで、保護部材を固定することができる。したがって、モータケースに対する保護部材の組付け性が向上する。また、衝突時に変形したサイドメンバが保護部材に接触することにより入力された衝突荷重をモータケースの2側面で受け止める構成としたことで、モータケースの破損および保護部材の離脱を防止して、コネクタを確実に保護することが可能になる。
本実施形態のモータのコネクタ保護構造を示す斜視図である。 本実施形態のモータのコネクタ保護構造を搭載した車両の変形状態を車両上側からの視点にて示す図である。 本実施形態における保護部材を示す3面図((a)正面図、(b)上側面図、(c)側面図)である。 本実施形態における保護部材の貫通孔とモータケースに立設したスタッドとの嵌合構造を示す断面図および一部拡大図である。 本実施形態における保護部材とサイドメンバとの接触状態を説明する説明図である。 車両衝突時における(a)本実施形態と(b)比較例とのモータケースの応力発生状態を示すグラフである。
以下に、本発明に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
以下においては、モータのコネクタ保護構造がモータおよびエンジンを搭載したハイブリッド車両に適用されている例について説明するが、これに限定されるものではなく、モータのみを走行用動力源として搭載する電気自動車に適用されてもよい。また、車載されるモータジェネレータは、1基であってもよいし、複数基であってもよい。
図1は、本実施形態のモータのコネクタ保護構造(以下、適宜に「コネクタ保護構造」とだけいう)10を示す斜視図である。図1は、コネクタ保護構造10を車両斜め後方からの視点で示されている。
コネクタ保護構造10は、図示しないモータを収容するモータケース12と、モータケース12の外面に露出して設置されたコネクタ14と、モータケース12に固定されてコネクタ14を保護する保護部材16とを備える。
モータケースは、エンジンの動力を用いて発電することができる発電機(ジェネレータMG1)と、車両を駆動することができるモータ(モータMG2)と、エンジン出力を発電機または車軸に分配する動力分配機構とを内蔵しており、トランスアクスルとも呼ばれている。
モータケース12は、例えばアルミニウム合金等の金属からなるダイキャスト部品により構成することができる。本実施形態においてモータケース12は、車両後方に向いた後面(第1の側面)12aと、車両側方に向いた左側面(第2の側面)12bと、車両上方に向いた上側面12cとを有している。これらの表面12a,12b,12cは、互いに直交するように形成されてもよいし、車両の後方、側方および上方の異なる方向に概ね向いていれば直交しない表面であってもよい。
コネクタ14は、モータケース12に内蔵されたモータMG2に給電するため部材である。コネクタ14は、電力導線であるパワーケーブル18と、絶縁性樹脂からなるコネクタ本体20と、コネクタ本体20に固定されたコネクタプレート22とを含む。
コネクタ14は、コネクタプレート22がモータケース12の後面12aにねじ留めされることによって取り付けられている。また、パワーケーブル18の一端は、コネクタ本体20に接続されて、モータケース12内でバスバ等を介してモータMG2に接続されている。他方、パワーケーブル18の他端は、モータケース12上に搭載されたインバータ24(図2参照)に接続されている。コネクタ本体20は、本実施形態では例えば3本のパワーケーブル18を互いに絶縁された状態に保持する機能を有し、長円形状またはトラック形状をなしてコネクタプレート22から突出している。
保護部材16は、コネクタ14の近傍に位置する車両左側のサイドメンバLSM(図2参照)が車両衝突時に変形してコネクタ14に接触するのを防止するための部材である。保護部材16は、複数本(本実施形態では2本)のボルト17によって、モータケース12の後面12aに固定されている。保護部材16の詳細な構造については後述する。
図2は、コネクタ保護構造10を搭載した車両の変形状態を車両上側からの視点にて示す図である。図2では、車両前方からバリアB(衝突対象物やエンジンコンパートメント内の前方配置部材など)が進入し、車両前方部が押し潰されると共に、サイドメンバSMの折れ曲がり変形が発生した状態を示している。サイドメンバSMの折れ曲がりは車両内側に大きく変形し、保護部材16を覆うように変形することから、コネクタ14を保護するにはサイドメンバSMの回り込むような変形に対処する必要がある。
次に、車両のエンジンコンパートメントにおける機器の配置について述べる。車両は、エンジンコンパートメントの前方に設けられて車幅方向に延びるフロントメンバFMと、このフロントメンバFMの両端部に連結されて車両後方側へ延びる左右2本のサイドメンバRSM,LSMとを備える。サイドメンバRSM,LSMに挟まれた空間には、エンジン23と、エンジン23に取り付けられたモータケース12が配置され、インバータ24はモータケース12上に取り付けられている。
モータケース12には2つのコネクタ14,15があり、車両後方に配置されたモータMG2用のコネクタ14と、モータケース12の上部に配置されたジェネレータMG1用のコネクタ15とがある。これらのコネクタ14,15はパワーケーブル18,19によってインバータ24に接続されている。
図2に示すように、車両の前方衝突時には、本実施形態ではコネクタ14の近傍に位置する車両左側サイドメンバLSMが内側に折れ曲がることで、コネクタ14を押し潰す場合がある。そこで、コネクタ14を車両中央寄りに配置することも考えられるが、モータジェネレータMG2の搭載上の制約から、車両中央寄りに配置することができず車両左側寄りの配置となる。
上述の配置により、保護部材16はモータケース12の車両後方、かつ、車両側方に取り付けられ、サイドメンバRSM,LSMの折れ曲がり変形からコネクタ14を保護している。サイドメンバRSM,LSMは、車体前部の強度及び剛性を上げるための部品であると共に様々な機器を取り付けるための取り付け台の役割を果たし、運転席・助手席の乗員の安全を確保するため衝撃吸収に関するさまざまな技術が盛り込まれている。
なお、本実施形態では、コネクタ14が車両左側寄りに配置されている場合について説明するが、本発明は、エンジン23に対してモータケース12が車両右側に搭載され、モータケース12の車両右側寄りにコネクタ14が配置されている場合にも適用可能である。
図3は、本実施形態における保護部材16を示す3面図((a)正面図、(b)上側面図、(c)側面図)である。図1および図3を参照すると、保護部材16は、コネクタ14の近傍に位置する車両左側のサイドメンバLSMとコネクタ14との間に設けられて、車両衝突時に変形したサイドメンバLSMがコネクタ14に接触しないように保護する機能を有する。保護部材16は、保護部30と、固定部31と、支持部32とを一体に有しており、例えば鋼材を熱間鍛造して形成されている。ただし、保護部材16は、これに限定されるものではなく、コネクタ14へのサイドメンバSMの衝突荷重を受け止めることができる強度を有するものであれば、鋼板を曲げ加工や溶接等して形成されてもよいし、鉄製のダイキャスト部品により形成されてもよい。
保護部材16の保護部30は、コネクタ14の周辺の少なくとも一部、より具体的には側方および上方を覆って設けられる壁部である。保護部30は、モータケース12の後面12aに対して略垂直に車両後方側へ立設されている。また、保護部30は、少なくともモータケース12の後面からのコネクタ本体20の突出高さを超える高さに形成されている。このような高さに形成することで、コネクタ14およびパワーケーブル18の接続端部へのサイドメンバLSMの接触を確実に防止することができる。
保護部30は、コネクタ14の側方を覆って設けられる側方保護部分30aと、コネクタ14の上方を覆って設けられる上方保護部分30bとを一体的に含む。上方保護部分30bの前方側面30cとコネクタ14のコネクタプレート22もしくはモータケース12の後面12aとの間は、接触または小さく隙間が確保されている。衝突時、上方保護部分30bの前方側面30cがコネクタプレート22またはモータケース12の後面12aに接触し、衝突の衝撃荷重が上方保護部分30bにも加わり、保護部30の離脱を防ぎ、保護部30がコネクタ14側へ倒れ込みを生じにくくしている。また、保護部30の車両後方側へ向いた端面の面積が大きくなり、サイドメンバLSMの衝撃荷重の受け面を広くすることができる。
保護部材16の固定部31は、保護部30に対して所定の角度で折れ曲がって一体に連設されている。固定部31には、2つのボルト孔33が形成されている。これらのボルト孔33に挿通されたボルト17がモータケース12の後面12aに形成された雌ねじ孔に締め込まれることによって、固定部31がモータケース12の後面12a上に着座した状態で固定されることになる。
また、固定部31と保護部30との間には、略三角状をなす3つのリブ34が一体に設けられている。これにより、保護部30は、後述する衝突荷重に対する強度が大きくなるよう補強されている。
保護部材16の支持部32は、保護部30から所定の角度で折れ曲がって一体に連設されている。支持部32には、複数(本実施形態では2つ)の貫通孔35が形成されている。これらの貫通孔35は、図1に示すように、モータケース12の側面12bに立設されたスタッド13が貫通して挿通されることによって、保護部材16をモータケース12の側面12b上に支持する嵌合構造を構成する。
図4は、上記スタッド13と上記貫通孔35との嵌合構造40を示す拡大図である。嵌合構造40を構成するスタッド13は、一方端側の外周面に雄ねじ13aが形成されており、この雄ねじ13aがモータケース12の側面12bに形成された雌ねじ孔42に締め込まれることによって、モータケース12に固定されている。
モータケース12の側面12bから突出した他方端部の外周面には、保護部材16にサイドメンバLSMから衝突荷重が入力されたときに、保護部材16の支持部32の貫通孔35内でのスタッド13の軸方向のずれを抑制する引っ掛かり部44が形成されている。本実施形態では、スタッド13の引っ掛かり部44は、雄ねじ山として形成されている。
また、スタッド13の他方端部13bの先端は、雄ねじ山が形成された部分からテーパ状に先細りとなった形状をなしている。これにより、保護部材16をモータケース12に組み付ける際に、支持部32の貫通孔35を挿通し易くなり、保護部材16の組付け性が向上するという利点がある。ここで、引っ掛かり部44は、雄ねじ山に限定されるものではなく、保護部材16の貫通孔35の内周面に食い込んで引っ掛かる形状の凸部であれば、どのような形状のものでもよい。
上記嵌合構造40を構成する保護部材16の支持部32の貫通孔35は、スタッド13の雄ねじ山44が形成された部分に対して若干の隙間を形成できる程度の大きさに形成されている。より具体的には上記隙間は、後述するように車両衝突時にサイドメンバLSMが接触して衝突荷重が入力された場合、保護部材16が取り付け状態から所定角度(例えば1度)だけ傾いたときにスタッド13の雄ねじ山44と接触する程度に設定されるのが良い。このように隙間を設定することで、スタッド13を貫通孔35に抵抗なく挿入できるとともに、保護部材16をモータケース12に対して仮置きした状態とすることができ、保護部材16の組付け性が向上することになる。
なお、本実施形態の嵌合構造40では、スタッド13と貫通孔35の組が2組設けられている例について説明したが、これに限定されるものではなく、3組以上としても良いし、あるいは1組としてもよい。複数組とした場合には保護部材16に入力された衝突荷重を複数のスタッド13で分担して受け止めることになり、その分、モータケース12に加わる応力を低減できるのでモータケース12の破損を抑制できる。これに対し、1組のスタッドと貫通孔の嵌合構造とした場合には、部品数およびコストを低減できる利点があり、かつ、保護部材16の固定部31がモータケース12の後面12aに当接した状態で仮置き可能であるため保護部材16の組付け性が悪くなることもない。
次に、モータケース12への保護部材16の組付けについて説明する。まず、モータケース12の側面12bに立設されたスタッド13に、保護部材16の支持部32の貫通孔35を挿通して、支持部32をモータケース12の側面12bに当接した状態に仮置きする。この仮置き状態で、保護部材16の固定部31はモータケース12の後面12aと接触するとともに、固定部31に形成されたボルト孔33がモータケース12の雌ねじ孔に一致した状態となる。そして、ボルト孔33にボルト17を挿入して締め込む。これにより、固定部31がモータケース12の後面12aに隙間なく着座した状態に固定され、保護部材16がモータケース12に取り付けられる。
このように本実施形態では、貫通孔35にスタッド13を貫通させて保護部材16の支持部32をモータケース12の側面12b上に仮置きした後、保護部材16の固定部31をボルト17でモータケース12の後面12a上に確実に着座した状態に締結することで、保護部材16をモータケース12に固定することができる。したがって、モータケース12への保護部材16の組付け性が向上する。
図5は、本実施形態における保護部材16とサイドメンバLSMとの接触状態を説明する説明図である。図5において、コネクタ14を見易くするために、保護部材16の保護部30の上方保護部分30bの図示が省略されている。
図2を参照して上述したように、車両の前方衝突によってサイドメンバLSMが回り込むように変形すると、サイドメンバLSMは図5中に一点鎖線で示すように変形して保護部材16の保護部30に接触する。これにより、保護部材16には、車両斜め後方から衝突荷重F1が入力されることになる。保護部材16は、このような衝突荷重F1を受け止めるのに十分な強度に設計されているため、保護部30がコネクタ14側に倒れ込むことはない。したがって、車両の前方衝突時にモータケース12のコネクタ14およびパワーケーブル18を確実に保護することができる。
また、本実施形態では、保護部材16に衝突荷重F1が入力されると、その反動として保護部材16の支持部32の貫通孔35とモータケース12のスタッド13とで構成される嵌合構造40に車両斜め後方に向かう衝突荷重F2が作用する。そのとき、若干の隙間があるため保護部材16の支持部32はスタッド13に対してずれることができる。その結果、衝突荷重F2の一部を解放することができる。したがって、スタッド13を介してモータケース12の側面12bに作用する衝突荷重を緩和でき、モータケース12の破損を抑制することができる。同時に、上方保護部分30bにも衝突荷重F3が作用する。上方保護部分30bの前方側面30cはコネクタプレート22またはモータケース12の後面12aに当接するので、保護部材16は倒れ込みが抑制され、モータケース12の側面12bに作用する衝突荷重を緩和する働きがある。
さらに、上記衝突荷重F2が嵌合構造40に作用したとき、スタッド13に形成された雄ねじ山44が保護部材16の支持部32に形成された貫通孔35の内周面に食い込むことによって、支持部32がスタッド13に対して大きくずれるのが防止される。したがって、保護部材16に入力される衝突荷重F1を、サイドメンバLSMが接触する保護部30とモータケース12の後面12aだけでなく、異なる方向を向いたモータケース12の側面12bおよびスタッド13で受け止めることができ、その結果、モータケース12から保護部材16が離脱することがなくコネクタ14をより確実に保護することができる。
図6は、(a)本実施形態と(b)比較例とのモータケースの応力発生状態を示すグラフである。(b)の比較例として、モータケース12の側面12bに形成されたスタッド用雌ねじ孔に保護部材16の支持部32をボルトで固定した構造を用いた。すなわち、この比較例は、上記特許文献1の図5に示される構成に対応する。そして、モータケース12の側面12bのスタッド用雌ねじ孔42近傍の4箇所A,B,C,Dに歪みゲージを設置し、車両前方衝突時におけるモータケース12の側面12bに発生する応力を測定する実験を行った。
図6(a),(b)では歪み測定箇所A,B,C,Dの応力が、横軸が時間で縦軸が応力を表すグラフに示されている。これらのグラフでは、モータケース12の側面12bの引張り強さが一点鎖線直線で、上記側面12bの降伏点が二点鎖線直線で示してある。
図6(a)に示すように、本実施形態のコネクタ保護構造10を備えた車両では、4箇所のうち応力が最も大きくなった測定箇所Dで引張り強さを一瞬だけ僅かに超えただけであった。これに対し、比較例のコネクタ保護構造を搭載した車両では、衝突後の比較的長時間にわたり測定箇所Dでの応力が引張り強さを大きく超えた状態となり、モータケース12の側面12bに割れが生じる結果となった。このことから、本実施形態によれば、変形したサイドメンバLSMが保護部材16に接触したときの衝突荷重によってモータケースに伝達される衝突荷重が緩和され、モータケース12の破損を抑制するのに有効であることが確認できた。
なお、本発明に係るモータのコネクタ保護構造は、上述した実施形態およびその変形例に限定さるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲内で種々の変更や改良が可能である。
例えば、上記においては、スタッド13の外周面に引っ掛かり部としての雄ねじ山44を形成した例について説明したが、これに限定されるものではなく、スタッド13の雄ねじ山44に代えて又は加えて、保護部材16の貫通孔35の内周面に雌ねじ溝を形成してもよい。このような引っ掛かり構造によっても、衝突時に若干のずれを許容して衝突荷重を解放しながら、保護部材16の支持部32がモータケース12から離脱するのを効果的に防止することができる。
また、上記においては、保護部材16の保護部30が側方保護部分30aおよび上方保護部分30bを有するとして説明したが、これに限定されるものではなく、側方保護部分30aだけで保護部30が構成されてもよい。
さらに、上記ではスタッド13と嵌合孔35からなる嵌合構造40をモータケース12の側面12bに設けたが、これに限定されるものではなく、モータケース12の上側面12cに設けてもよい。
10 モータのコネクタ保護構造、12 モータケース、12a 後面、12b 側面または左側面、12c 上側面、13 スタッド、13a 雄ねじ、13b 他方端部、14,15 コネクタ、16 保護部材、17 ボルト、18,19 パワーケーブル、20 コネクタ本体、22 コネクタプレート、23 エンジン、24 インバータ、30 保護部、30a 側方保護部分、30b 上方保護部分、30c 前方側面、31 固定部、32 支持部、33 ボルト孔、34 リブ、35 貫通孔、40 嵌合構造、42 雌ねじ孔、44 引っ掛かり部または雄ねじ山、50 バリア、A,B,C,D 歪み測定箇所、F1,F2 衝突荷重、FM フロントメンバ、SM,RSM,LSM サイドメンバ、MG1 ジェネレータ、MG2 モータ。

Claims (4)

  1. モータを収容するモータケースと、
    前記モータケースの外面に露出して設置され前記モータに給電するためのコネクタと、
    前記コネクタと、前記コネクタの近傍にある車両のサイドメンバとの間に設けられて前記モータケースに固定される保護部材と、を備えるモータのコネクタ保護構造であって、
    前記保護部材は、前記コネクタの周辺に立設される保護部と、前記保護部に連設されて前記モータケースの第1の側面にボルトで固定される固定部と、前記固定部に連設され、前記第1の側面とは異なる向きの前記モータケースの第2の側面に立設されたスタッドが貫通する貫通孔を含み、かつ、前記スタッドによって前記第2の側面上にナット締結されることなく支持される支持部とを有する、
    モータのコネクタ保護構造。
  2. 請求項1に記載のモータのコネクタ保護構造において、
    前記スタッドの外周面および前記貫通孔の内周面の少なくとも一方に、衝突荷重の入力によって前記貫通孔内での前記スタッドの軸方向のずれを抑制する引っ掛かり部を形成したことを特徴とする、モータのコネクタ保護構造。
  3. 請求項2に記載のモータのコネクタ保護構造において、
    前記引っ掛かり部は、前記スタッドの外周面に形成された雄ねじ山、または、前記孔の内周面に形成された雌ねじ溝であることを特徴とする、モータのコネクタ保護構造。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のモータの保護構造において、
    前記保護部材の保護部は、前記コネクタの側方を覆って設けられる側方保護部分と、前記コネクタの上方を覆って設けられる上方保護部分とを一体的に含むことを特徴とする、モータのコネクタ保護構造。
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