JP6075239B2 - コネクタ構造 - Google Patents

Description

この発明は、電動モータのリード線をインバータに接続するためのコネクタの構造に関する。

電動モータのステータ巻線から取り出されたリード線は、一般に電動モータのモータケーシングに固定された端子台を介してインバータに接続される。電動モータが３相交流モータの場合には、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の端子固定部が端子台に設けられる。

一方、電動モータには各種の制御のために、例えばステータの温度を検出するサーミスタのようなセンサが配設される。端子固定部に固定された端子を介してインバータから電動モータへ供給されるＵ，Ｖ，Ｗの各相の電流は電動モータを駆動するための高圧の電流であるが、センセの信号線に流れるのは低圧の信号電流である。

そのため、電動モータへの配線に際しては、センサの信号線が端子台上の端子と接触しないように、これらを分離する必要がある。

特許文献１は、端子台に装着して、センサの信号線と端子台上の端子との接触を防止するガイドを提案している。ガイドを設けることで、センサの信号線は端子台上の端子から常に一定以上の距離に保たれる。

特開２００７−２４４０２５号公報

特許文献１の従来技術において、センサの信号線は、端子台から独立した信号電流用のコネクタを介して、コントローラに至る信号ケーブルに接続される。つまり、高圧電流の流れる端子台と信号電流用のコネクタとを分離し、さらに前述のガイドにより信号線が端子台上の端子に接触するのを阻止する構造となっている。

この構造は強電と弱電の確実な分離という点で好ましい効果をもたらす。一方、端子台におけるリード線とインバータの接続作業と、コネクタにおける信号線と信号ケーブルの接続作業とを個別に実施するため、電動モータの組み立て作業が複雑化することは避けられない。

本発明は、従来技術のコネクタ構造の上記問題点を解決すべくなされたもので、組み立ての作業性に優れたコネクタ構造を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明のある態様によるコネクタ構造は、電動モータのモータケーシングに固定された端子台と、電動モータのモータケーシングに固定された第１中継コネクタと、端子台を覆う端子台カバーと、を備えている。端子台には電動モータのリード線とインバータとが接続される。第１中継コネクタには電気部品の信号線が接続される。端子台カバーは、第１中継コネクタに接続される第２中継コネクタを備えている。

端子台カバーの装着と、第２中継コネクタの第１中継コネクタへの接続とを同一の工程の中で行なうことができる。つまり、端子台カバーの装着と電気部品の信号線のコネクタへの接続とが同時に行えるので、電動モータの組み立てプロセスが単純化され、組立作業の作業性が向上する。

本発明の実施形態によるコネクタ構造の端子台の斜視図である。 コネクタ構造の端子台カバーの斜視図である。 端子台カバーの側面図である。 コネクタ構造を適用するモータ・インバータアセンブリのうちの電動モータの分解斜視図である。 電動モータのステータをモータケーシングに組み込んだ状態の斜視図である。 完成状態の電動モータの斜視図である。 モータ・インバータアセンブリの分解斜視図である。 モータ・インバータアセンブリの端子台カバー取付け前の正面図である。 モータ・インバータアセンブリの端子台カバー取付け後の正面図である。 本発明の実施形態による温度検出素子とコントローラの概略構成図である。 コントローラが実行する給電停止ルーチンを説明するフローチャートである。

図８を参照すると、本発明の実施形態によるコネクタ構造４は電動モータ１とインバータ２とが構成するモータ・インバータアッセンブリ３に適用される。インバータ２は電動モータ１の上端に固定される。インバータ２は図示されない直流電源から供給される直流をＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相交流電流に変換する。電動モータ１はインバータ２から供給される３相交流電流により回転駆動される。

一般に、電動モータ１への給電方法は、商用電力を直接引き込む場合もあれば、この実施形態のように、インバータ２が周波数と電圧を制御した電流を供給する場合もある。また、電動モータ１に電力線を直接接続する場合もあれば、インバータ２のバスバーを接続する方法もある。この実施形態は電気自動車用の電動モータ１にインバータ２を接続する場合を想定しているが、本発明は他のケースにも適用可能である。

図４を参照すると、電動モータ１は、モータケーシング７と、モータケーシング７に収装されるステータ６とを備える。ステータ６は円筒形状に形成され、内側に等しい角度間隔で形成されたスロットにＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる複数組のコイルが巻き回される。ステータ６は各組のコイルからステータ６の端面に導かれたリード線８を備える。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のリード線８とは別に中性相、すなわちアースに相当するリード線１０もステータ６の端面に導かれる。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各リード線８の先端には端子９がそれぞれ固定される。リード線１０の先端には端子１２が固定される。端子９と１２にはそれぞれ貫通孔３７が形成される。

図７を参照すると、ステータ６に３相交流電流を供給するために、インバータ２は下向きに突出するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のバスバー３５を備える。バスバー３５には貫通孔３８が形成される。

図１０を参照すると、電動モータ１のステータ６の端部には温度検出素子であるサーミスタ４０が電気部品として設けられる。サーミスタ４０からの信号線１１は信号線１１の先端に固定された端子１４と、端子１４と係合する第１中継コネクタ１６と、第１中継コネクタ１６に係合する第２中継コネクタ１７と、第２中継コネクタ１７に端子１８を介して接続された信号ケーブル１９と、を介してコントローラ２０に接続される。コントローラ２０はインバータ２内に配置される。

信号線１１は２芯のリード線で構成される。第１中継コネクタ１６と第２中継コネクタ１７も、したがって、２極のコネクタで構成される。サーミスタ４０は温度に応じて電気抵抗値Ｒｔｈを変化させる性質を持つため、温度センサとして利用される。ここでは、サーミスタ４０はステータ６のコイルエンドの温度を検出して、コントローラ２０に信号入力する。

再び図４を参照すると、コネクタ構造４は、ステータ６のリード線８の端子１２にインバータ２のバスバー３５を接続する役割と、信号線１１を信号ケーブル１９に接続する役割とを併せ持つ。

図１を参照すると、コネクタ構造４はモータケーシング７の端面に固定される端子台２２を備える。端子台２２はボルト孔２３を貫通するボルトによってモータケーシング７に固定される。

端子台２２にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相のリード線８の端子９をそれぞれ固定するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３個の端子固定部２４と、中立相のリード線１０の端子１２を固定する端子固定部２５とが並んで設けられる。端子固定部２４と２５にはねじ孔３３が形成される。また、３個の端子固定部２４を挟んで端子固定部２５の反対側には、第１中継コネクタ１６が設けられる。

第１中継コネクタ１６は信号線１１の先端の端子１４を差し込むソケット２６と、ソケット２６に対して直角方向に突出する端子２７からなる。ソケット２６と端子２７は電気的に導通している。

図６を参照すると、モータケーシング７の開口部はモータカバー３４によって閉塞される。モータカバー３４には予め端子台２２に相当する部位に開口部が形成されている。モータカバー３４をモータケーシング７に固定した状態で、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の端子９と第１中継コネクタ１６の端子２７は開口部の内側に露出する。モータカバー３４にはインバータ２のバスバー３５を上方から開口部へと導く切欠と、端子台カバー２８を固定するためのねじ孔が予め形成されている。

再び図７を参照すると、コネクタ構造４は端子台２２を覆う端子台カバー２８を備える。端子台カバー２８はモータカバー３４の開口部を塞ぐ形で、モータカバー３４にねじ２９によって固定される。

図２を参照すると、端子台カバー２８にはねじ２９を挿通するためのねじ孔３０が予め形成される。端子台カバー２８にはまた、第２中継コネクタ１７が固定される。

図３を参照すると、第２中継コネクタ１７は端子台２２に向けて突出するソケット３１と端子台カバー２８から端子台２２と逆向きに突出するソケット３２とを備える。ソケット３１と３２は電気的に導通している。ソケット３１は第１中継コネクタ１７の端子２７に係合するように構成される。ソケット３２は信号ケーブル１９の端子１８に係合するよう構成される。

コネクタ構造４は以上のように構成される。

次にコネクタ構造４に関連したモータ・インバータアッセンブリの組み立てプロセスを説明する。

図４を参照すると、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各リード線８の先端に端子９を固定し、中性相のリード線１０の先端に端子１２を固定し、信号線１１の先端に端子１４を固定した状態で、まずステータ６を電動モータ１のモータケーシング７の内側に焼き嵌めにより固定する。モータケーシング７の端面にはあらかじめ端子台２２がボルト孔２３を貫通するボルトによって固定されている。ステータ６のモータケーシング７への固定方法は、焼き嵌めに限らず、圧入やボルト固定など様々な方法がある。この発明はステータ６のモータケーシング７への固定方法には依存しない。

図５を参照すると、ステータ６をモータケーシング７に固定した後、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の端子９を端子台２２の対応する相の端子固定部２４に重ね合わせる。この段階では各端子９は端子固定部２４には固定されない。一方、中性相の端子１２は対応する端子固定部２５にねじ３６で固定される。また、第１中継コネクタ１６のソケット２６に信号線１１の端子１４を差し込んで係止する。

この作業の後、図６に示すように、モータケーシング７の端面にモータカバー３４を固定する。前述のように、モータカバー３４をモータケーシング７に固定した状態で、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の端子９と第１中継コネクタ１６の端子２７とが開口部の内側に露出する。

図７と８を参照すると、モータカバー３４をモータケーシング７に固定した後、インバータ２を電動モータ１に組み付ける。この時、インバータ２のバスバー３５を上方からモータカバー３４の切欠を介して端子台２２に侵入させる。バスバー３５は対応するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子９に重ね合わされる。この状態で端子９の貫通孔３７とバスバー３５の貫通孔３８にねじ３６を貫通させ、端子固定部２４のねじ穴３３にねじ止めする。これにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各々について、電動モータ１側の端子９とインバータ２側のバスバー３５の電気接続が完了する。

次に端子台カバー２８をモータカバー３４に取り付ける。取り付けに当たっては、まず図３に示す端子台カバー２８に設けた第２中継コネクタ１７のソケット３１に、第１中継コネクタ１６の端子２７を挿入して係止する。これにより、第１中継コネクタ１６と第２中継コネクタ１７との電気接続が完了する。この作業に伴って、端子台カバー２８のモータカバー３４に対する位置決めも完了する。

図９を参照すると、最後にねじ２９を用いて端子台カバー２８をモータカバー３４に固定する。この状態では、第２中継コネクタ１７のソケット３２のみが端子台カバー２８の外側に露出している。

図１０を参照すると、このソケット３２にインバータ２内のコントローラ２０に至る信号ケーブル１９の端子１８を接続することで、サーミスタ４０とコントローラ２０との信号回路の接続が完了する。

以上のように、このコネクタ構造４は、ステータ６のリード線８の端子１２にインバータ２のバスバー３５を接続するとともに、信号線１１を第１中継コネクタ１６と第２中継コネクタ１７を介して信号ケーブル１９に接続する。その際に、第１中継コネクタ１６のソケット２６と第２中継コネクタ１７のソケット３１と３２が、信号線１１や信号ケーブル１９のリード線１０との接触を確実に防止する。したがって、端子台２２上の限られた領域の中で、電力線と信号線を確実に分離することができる。

この実施形態では、電動モータ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各リード線８の端子９とインバータ２のバスバー３５とを、モータカバー３４の開口部からねじ３６で端子台２２の端子固定部２４にねじ止めすることで接続している。そのため、モータ・インバータアッセンブリ３の組み立て作業の最後にモータカバー３４の開口部を端子台カバー２８で閉じる必要がある。一方、端子台に第１中継コネクタ１６を設け、端子台カバー２８に第２中継コネクタ１７を設け、端子台カバー２８をモータカバー３４に固定する作業の一部として、第１中継コネクタ１６と第２中継コネクタ１７の接続を行なう構成としている。

その結果、２種類の作業を１つの工程の中で行なうことが可能となり、モータ・インバータアッセンブリ３の組み立て作業の効率が向上する。したがって、この実施形態によりコンパクトかつ組み立ての作業性に優れたコネクタ構造４を得ることができる。

このコネクタ構造４においては、第１中継コネクタ１６のソケット２６にサーミスタ４０からの信号線１１を取り付ける際に、信号線１１をモータケーシング７の外側に引き出す必要がない。したがって、信号線１１の長さに接続操作のための余長を考慮する必要がなく、信号線１１のコストを削減できる。

このコネクタ構造４においては、第１中継コネクタ１６を端子台２２に設けている。そのため、これらを個別にモータケーシング７に固定する場合と比べてモータ・インバータアッセンブリ３の組み立て作業の効率が向上する。

次に図１１を参照して、サーミスタ４０からの温度信号に基づき、コントローラ２０が実行する電動モータ１の給電停止ルーチンを説明する。

なお、コントローラ２０は中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ インタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ２０を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

このルーチンは、コントローラ２０の稼働中に、例えば１０ミリ秒の一定時間間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ１でコントローラ２０は、車両が備えるイグニッションスイッチがオンかどうかを判定する。イグニッションスイッチがオンでない場合には、電動モータ１の運転は行なわれない。その場合には、コントローラ２０は直ちにルーチンを終了する。

イグニッションスイッチがオンの場合には、コントローラ２０はステップＳ２でサーミスタ４０の電気抵抗値Ｒｔｈがしきい値を上回っているかどうかを判定する。サーミスタ４０の電気抵抗値Ｒｔｈは信号ケーブル１９を介して入力されるコイルエンドの温度に相当する値である。

モータ・インバータアッセンブリ３のコネクタ構造４においては、端子台カバー２８がモータカバー３４から取り外されるのに伴い、端子台２２に固定された第１中継コネクタ１６の端子２７が、端子台カバー２８に固定された第２中継コネクタ１７のソケット３１から引き抜かれる。その結果、サーミスタ４０とコントローラ２０の接続が遮断され、信号ケーブル１９からコントローラ２０に入力される電気抵抗値Ｒｔｈが急増する。

ステップＳ２では、電気抵抗値Ｒｔｈがしきい値より大きいかどうかで、端子台カバー２８が取り外されたかどうかを判定する。したがって、しきい値はサーミスタ４０が通常の運転条件で検出し得る温度範囲相当の電気抵抗値Ｒｔｈより明らかに大きな値に設定される。

ステップＳ２の判定が否定的な場合、すなわち、サーミスタ４０の電気抵抗値Ｒｔｈがしきい値未満の場合には端子台カバー２８がモータカバー３４から取り外されていないことを意味する。その場合には、コントローラ２０は直ちにルーチンを終了する。

ステップＳ２の判定が肯定的な場合は、図８に示すように端子台カバー２８がモータカバー３４から取り外され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のリード線８に給電を行なう端子９が外部に露出していることを意味する。この状態で、人間が通電中の端子９に触れると感電する危険がある。

そこで、ステップＳ２の判定が肯定的な場合は、コントローラ２０はステップＳ３で、電動モータ１への給電を停止するようにインバータ２を制御する。給電停止操作の後、コントローラ２０はルーチンを終了する。

以上のルーチンの実行により、端子台カバー２８が取り外されている場合には、電動モータ１への給電が常に禁止される。したがって、このルーチン実行により、専用のセンサを用いることなく、露出した端子９への接触による感電事故を確実に防止することができる。

なお、単なる感電防止は、モータ・インバータアッセンブリ３を車両に搭載した状態でモータカバー３４の開口部に手が届かないように車両の構造を工夫することでも実現する。例えば、搭載位置のモータ・インバータアッセンブリ３のモータカバー３４の開口部の近傍に保護壁を設けることが考えられる。しかしながら、その結果、車両内部に無駄なスペースが生じることは避けられない。特に、内燃エンジンと電動モータとをエンジンルームに搭載するハイブリッド駆動電気車両においては、エンジンルーム内に部品が密集しており、保護壁を設けることは物理的に困難である。

この実施形態によるコネクタ構造４を採用することで、保護壁を設けるためのスペースを必要とせずに、露出した端子９への接触による感電を確実に防止することができる。

端子台カバー２８の取り外しは、例えばソケット３１の端子２７からの離脱を検出する専用の離脱検出センサを設けて検出することも可能である。その場合には、サーミスタ４０のための信号線１１に加えて、離脱検出センサからの信号線もコントローラ２０に接続しなければならない。その結果、信号線のコストが倍増することは避けられない。

この実施形態のように、サーミスタ４０の検出信号から端子台カバー２８の離脱を検出することで、同じ機能を低いコストで実現できる。

以上のように、この発明を特定の実施形態を通じて説明して来たが、この発明は上記の実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、特許請求の範囲で上記の実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。

１ 電動モータ
２ インバータ
３ モータ・インバータアッセンブリ
４ コネクタ構造
６ ステータ
７ モータケーシング
８ リード線
９ 端子
１０ リード線
１１ 信号線
１２ 端子
１４ 端子
１６ 第１中継コネクタ
１７ 第２中継コネクタ
１８ 端子
１９ 信号ケーブル
２０ コントローラ
２２ 端子台
２３ ボルト孔
２４ 端子固定部
２６ ソケット
２７ 端子
２８ 端子台カバー
２９ ねじ
３０ ねじ孔
３１ ソケット
３２ ソケット
３３ ねじ孔
３４ モータカバー
３５ バスバー
３６ ねじ
３７ 貫通孔
４０ サーミスタ

Claims (5)

1. 電動モータのリード線をインバータに接続する、電動モータのモータケーシングに固定された端子台と、
   電気部品の信号線を接続する、前記モータケーシングに固定された第１中継コネクタと、
   前記端子台と前記第１中継コネクタとを覆う端子台カバーと、を備え、
   前記第１中継コネクタに接続される第２中継コネクタを前記端子台カバーに備える、ことを特徴とするコネクタ構造。
2. 前記第１中継コネクタは前記端子台を介して前記モータケーシングに固定される、ことを特徴とする請求項１のコネクタ構造。
3. 前記端子台カバーの脱着と、前記第２中継コネクタの前記第１中継コネクタへの脱着とが同時に行なわれるように、前記端子台カバーを構成した、ことを特徴とする請求項１または２のコネクタ構造。
4. 前記第２中継コネクタに接続されるとともに、前記第２中継コネクタからの入力信号の途絶に応じて前記インバータから前記リード線への電力供給を遮断するよう構成されたコントローラとともに用いる、ことを特徴とする請求項３のコネクタ構造。
5. 前記電気部品は前記電動モータの温度を検出するモータ温度検出素子である、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかのコネクタ構造。

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