JP6316201B2 - 電気的差込型コネクタを有する電気的コネクタ構造体、および、これに関する電気的システム - Google Patents

Description

従来技術
たとえばハイブリッド車等の最新の自動車の電気的駆動装置では、通常、直流電流をインバータへ供給し、このインバータによって直流電流を交流電流に変換することが一般的に行われている。この交流電流は大抵は３相電流である。この交流電流は駆動モータへ供給される。インバータと駆動モータとを接続する線路によって高電流を伝送するので、この線路は大抵、２５ｍｍ^２〜５０ｍｍ^２の間の断面積を有する。このような線路は比較的太いので、それぞれ１つの電気的線路を用いて別個に各相を駆動モータへ供給するのが有利であることが判明している。インバータは強い電磁波ノイズを線路内に誘導するので、この電磁波ノイズが線路から出ていくのを防止するシールドを各線路ごとにそれぞれ別個に用いて遮蔽しなければならない。電気的差込接続具を用いて駆動モータとインバータとを導電接続することが可能であり、また、各線路のシールドも、駆動モータに差込方式で接続することも一般的に行われている。その際には、両シールドは駆動モータ内部において相互に導電接続される。しかし、自動車の運転中には電磁ノイズにより各シールドに高いノイズ電流が供給されてしまうことが判明している。高い電流強度で接続を行うと、電気的差込接続具内部における接触抵抗に起因して、著しく高い損失電力が生成され、これにより電気的差込接続具が著しく加熱して、電気的差込接続具に許容範囲外の負荷がかかってしまう。ここで電気的差込接続具が過熱しないようにするためには、大抵、電気的線路を介して伝送される電流強度を適切に調整ないしは制限する。

発明の要約
それゆえ、ノイズ電流によりシールドにて生じる、電気的差込接続具における熱発生を低減することができる、電気的コネクタ構造体を実現する必要がある。

この要求は、独立請求項に記載の発明により満たすことができる。従属請求項から、本発明の他の有利な実施形態を導き出すことができる。

本発明の第１の実施形態では、電気絶縁性のコネクタ筐体を備えた電気的差込型コネクタを有する電気的コネクタ構造体を提供する。この電気的コネクタ構造体は、高電流を伝送するために、電気的アセンブリに固定的に接続された電気的対向コネクタと、前記電気的差込型コネクタとを導電接続するように構成されている。前記コネクタ構造体は、第１の位相を有する第１の電流を伝送するように構成された第１の電気的線路を有し、また、第２の位相を有する第２の電流を伝送するように構成された第２の電気的線路を有する。前記第１の位相と前記第２の位相とは時間的にずれている。第１の線路は、電磁ノイズに対する第１のシールドを有し、第２の線路は、電磁ノイズに対する第２のシールドを有する。第１のシールドは、前記差込型対向コネクタ内に設置された第３のシールドに取り外し可能に導電接続可能である。第２のシールドは、前記差込型対向コネクタ内に設置された第４のシールドに取り外し可能に導電接続可能である。第１のシールドと第２のシールドとは異なる。第１のシールドと第２のシールドとは、前記電気的コネクタ構造体内において相互に導電接続される。

電気的アセンブリとは、電気的負荷または電気エネルギー源を指す。前記電気的線路はたとえば２５〜５０ｍｍ^２の断面積を有することができ、たとえば、断面積が３５ｍｍ^２である線路１つあたり、たとえば１５０Ａを伝送するように構成されている。電磁ノイズは、交流変換器とも称されるインバータによって導体内に誘導され、また、導体自体が電磁誘導により電磁ノイズを生成することもある。前記第１の電流および第２の電流は、たとえば、エネルギー源により出力される交流電流とすることができる。また、前記第１の電流および第２の電流をパルス波形の直流電流とすることもできる。このパルス波形の直流電流はインバータにより、および／または、たとえば電動機等の電気的負荷の出力要求を切り替えることにより生成することができる。これにより、電磁ノイズまたはノイズ電流は、インバータと電気的負荷との導電接続部にのみ生じるだけでなく、インバータと、たとえば車両バッテリー等である直流電流源との導電接続部にも生じる。電気的アセンブリはたとえば、電気的負荷、バッテリー、ＤＣ／ＤＣコンバータ、またはバッテリーの充電モジュールとすることができる。本発明の基本的思想は、前記電気的コネクタ構造体内において第１のシールドと第２のシールドとを導電接続し、この導電接続を電気的差込型コネクタ内部において、または少なくとも電気的差込型コネクタ近傍において行うことにより、第１の導体の電磁ノイズを第２の導体の第２のシールド内に入力させ、かつ、第２の導体の電磁ノイズを第１の導体の第１のシールド内に入力させることである。このような構成により、たとえばインバータ等であるノイズ源により生成された電磁ノイズであって、時間的な位相差に起因して当該第１の導体上で、または第１の導体に対して平行な第１のシールドに沿って、電気的差込型コネクタまで、または当該電気的差込型コネクタのコネクタ筐体まで伝送される電磁ノイズが、理想的には第２のシールドに入力され、第２の導体を通って、または当該第２の導体に対して平行な第２のシールドを通って、ノイズ源まで戻すことができる。このようにして、第１のシールドにあるノイズ電流は電気的差込接続具内部において、電気的差込接続具に、すなわち電気的差込型コネクタおよび／または電気的差込型対向コネクタに熱が流入する原因となる損失電力を生成することが、理論的には無くなる。この理想的な状態からずれることにより、第１のシールドの全てのノイズ電流が第２のシールドに流れることがなくなり、第１のシールドのノイズ電流の一部は未だなお、コネクタ筐体を通って電気的アセンブリのアースに流れる。上述の理想的な状態からのずれは、たとえば、各位相の時間的シフトが３６０°のうちそれぞれに割り当てられた分に正確に合っていないことにより、または、駆動モータにおいて伝送される電流強度が切り替わることにより、または、各シールドを取り外し可能な接続したときに接触抵抗が存在することにより生じる。このことにより、損失電力は従来技術の損失電力より格段に小さくなる。電気的差込接続具に供給できる最大総熱量は、当該電気的差込接続具の動作周辺環境の温度と、電流強度に起因する導体の加熱量と、シールド内の損失電力に起因する加熱量とから構成される。それゆえ、損失電力の低下により、従来技術に比して熱量が低下することを利用して、たとえば、所定の導体を用いた場合に伝送する電流をより多くすることができる。また、従来技術に比して熱が削減されることを利用して、より高い周辺温度で電気的差込型コネクタを動作させることも可能である。通常、電気的差込型コネクタは、非導電性のプラスチックから形成されたコネクタ筐体を備えている。

本発明の他の１つの実施例では、第１のシールドと第２のシールドとは電気的差込型コネクタの外部において相互に導電接続されている。

このような構成により、インバータに起因して導体のシールド内に誘導されたノイズ電流の大部分が電気的差込型コネクタに流れることが無くなり、電気的アセンブリに流れるノイズ電流の割合は小さくなり、このようにして、差込接続具内において熱となる損失電力は格段に低下する。

本発明の他の１つの実施例では、第１のシールドと第２のシールドとは、両シールドが電気的差込型コネクタに入り込む場所に近接した場所にて、相互に導電接続されている。

第１のシールドと第２のシールドとの導電接続部が電気的差込型コネクタにこのように近接することにより、電力のうち、当該導電接続部と電気的差込型コネクタとの間に残った一部によって、当該電気的差込型コネクタのシールドに誘導される電磁ノイズ電流がほぼ無くなる。

本発明の他の１つの実施例では、第１のシールドと第２のシールドとは電気的差込型コネクタの内部において相互に導電接続されている。

このような構造の構成により、たとえば、第１のシールドと第２のシールドとの導電接続を簡単に行うことができる。

本発明の他の１つの実施例では、上述の電気的コネクタ構造体を備えた電気的システムを対象とする。上述の電気的コネクタ構造体により、インバータと電気的アセンブリとが導電接続されている。

本発明の他の１つの実施例では、前記電気的システムの電気的コネクタ構造体は、電気絶縁性の第１のコネクタ筐体を備えた第１の電気的差込型コネクタと、電気絶縁性の第２のコネクタ筐体を備えた第２の電気的差込型コネクタとを有する。第１の電気的差込型コネクタは前記電気的アセンブリに導電接続されており、第２の電気的差込型コネクタはインバータに導電接続されている。第１のシールドと第２のシールドとは２重に導電接続されている。

前記導電接続は、第１の差込型コネクタの場合にはコネクタ筐体の内部または外部にて行うことができ、第２の差込型コネクタの場合にも同様に、当該第２の差込型コネクタのコネクタ筐体の内部または外部にて行うことができる。第１のシールドと第２のシールドとがコネクタ筐体の外部にて導電接続される場合には、線路が各差込型コネクタに入り込む各場所の近傍において各導電接続部を配置することができる。

本発明の他の１つの実施例では、上述の電気的システムを備えた自動車を対象とする。

以下、電気的コネクタ構造体、当該電気的コネクタ構造体を備えた電気的システム、および、電気的システムを備えた自動車を参照して、本発明の思想を説明するが、当業者であれば、本発明の他の実施形態も実現するために、本願にて記載した各構成を種々に組み合わせることが可能であることは明らかであることを述べておく。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面は単に概略的に示しているだけであり、実寸の比率通りではない。

従来技術の、電気的負荷に接続された電気的コネクタ構造体を示す図である。 図１にて示されたシールドの電気的等価回路図である。 第１の実施態様の電気的コネクタ構造体の縦断面図である。 電気的負荷に接続された、第１の実施態様の電気的コネクタ構造体の縦断面図である。 図４にて示されたシールドの電気的等価回路図である。 電気的負荷に接続された、第２の実施態様の電気的コネクタ構造体の縦断面図である。 図６にて示されたシールドの電気的等価回路図である。 直流電流源と、インバータと、駆動モータとを備えており、かつ、当該インバータと駆動モータとを接続する前記電気的コネクタ構造体を備えている自動車を示す図である。

有利な実施形態の詳細な説明
図１に、従来技術における電気的コネクタ構造体１００を示す。同図の電気的コネクタ構造体１００は、電気絶縁性のコネクタ筐体１５を備えた電気的差込型コネクタ４を有し、この電気的差込型コネクタ４は電気的差込型対向コネクタ６に取り外し可能に接続されている。前記コネクタ構造体１００は、第１の位相を有する第１の電流を伝送するように構成された第１の電気的線路８を有し、さらに、第２の位相を有する第２の電流を伝送するように構成された第２の電気的線路１０も有する。ここでは、前記第１の位相と前記第２の位相とは時間的にずれている。第１の線路８は、電磁ノイズに対する第１のシールド１２を有し、第２の線路１０は、電磁ノイズに対する第２のシールド１４を有する。前記第１の電気的線路８および第２の電気的線路１０は電気的アセンブリ１６に繋がっており、この電気的アセンブリ１６は電気的負荷として構成されている。これら２つの電気的線路８，１０により、電気的アセンブリ１６に電気エネルギーが供給される。電気的アセンブリ１６は、導電性のアセンブリケーシング１８により包囲されている。このアセンブリケーシング１８には、第３のシールド２０および第４のシールド２２が導電接続されている。第３のシールド２０および第４のシールド２２は、電気的差込型対向コネクタ６の内部に達するように設置されている。ここでは、電気的差込型対向コネクタ６をアセンブリケーシング１８に固定的に接続することができる。電気的差込型コネクタ４と差込型対向コネクタ６との上述のような組み合わせでは、第１のシールド１２が第３のシールド２０に導電接続され、第２のシールド１４が第４のシールド２２に導電接続されている。こうするためには、第１のシールド１２は、電気的差込型コネクタ４の一部である第１の遮蔽部材２４に導電接続され、第２のシールド１４は、同じく電気的差込型コネクタ４の一部である第２の遮蔽部材２６に導電接続される。第３のシールド２０は第３の遮蔽部材２８に導電接続され、第４のシールド２２は第４の遮蔽部材３０に導電接続されている。これら第３，４の遮蔽部材２８，３０は、電気的差込型対向コネクタ６の一部である。このようにして、第１の遮蔽部材２４は第３の遮蔽部材２８に取り外し可能に導電接続され、また、第２の遮蔽部材２６は第４の遮蔽部材３０に取り外し可能に導電接続されている。第１のシールド１２から第１の遮蔽部材２４までの間、および、第２のシールド１４から第２の遮蔽部材２６までの間には、それぞれ第１の接触抵抗Ｒ１が存在する。第３のシールド２０から第３の遮蔽部材２８までの間、および、第４のシールド２２から第４の遮蔽部材３０までの間には、それぞれ第２の接触抵抗Ｒ２が存在する。さらに、アセンブリケーシング１８から第３のシールド２０までの間、および、当該アセンブリケーシング１８から第４のシールド２２までの間には、それぞれ第３の接触抵抗Ｒ３が存在する。さらに、第１の遮蔽部材２４から第３の遮蔽部材２８までの接触部、および、第２の遮蔽部材２６から第４の遮蔽部材３０までの接触部には、それぞれ第４の接触抵抗Ｒ４が存在する。さらに、アセンブリケーシング１８は抵抗Ｒ６を有する。同図に示した実施例では、電気的線路８，１０の断面積は３５ｍｍ^２であり、各線路にはそれぞれ約１５０Ａが供給される。この電流は、同図中に示されていないインバータにより、両線路８，１０へ供給される。その際には、このインバータは電磁ノイズを発生させ、これはシールド１２，１４内にも誘導される。このような誘導が発生し、かつ、線路中の高電流がシールド１２，１４，２０，２２内に電磁ノイズを誘導させることにより、シールド１２，１４，２０，２２全体において誘導されるノイズ電流は総じて、最大７０Ａに及ぶことがある。

図２は、図１にて示されたシールドの電気的等価回路図である。同図では、アセンブリケーシング１８はアースとして示されている。同図では、第１のシールド１２および第３のシールド２０において、また第２のシールド１４および第４のシールド２２においても、それぞれ、接触抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が直列接続された状態になっているのが明らかである。

図３に、電気的コネクタ構造体２の第１の実施態様を示す。同図に示された電気的差込型コネクタ４が、図１に示された電気的差込型コネクタ４と相違する点は、第１の遮蔽部材２４と第２の遮蔽部材２６とが当該電気的差込型コネクタ４内部において接続部３２を用いて相互に導電接続されていることである。前記接続部３２と第１のシールド１２との間、および、当該接続部３２と第２のシールド１４との間にはそれぞれ、第５の接触抵抗Ｒ５が生じている。

図４は、図１の差込型コネクタ４を、図３に示された差込型コネクタ４に置き換えた構成を示す。したがって、第１の遮蔽部材２４と第２の遮蔽部材２６とは、前記接続部３２を用いて導電接続されている。

図５は、図４にて示されたシールドの電気的等価回路図である。同図では、２つの電流路５０，６０をシミュレートした様子が明確に示されており、第１の電流路５０は第１のシールド１２から、分岐点３４に存在する接触抵抗Ｒ１を介して２つの接触抵抗Ｒ５内まで達し、ここから第１の接触抵抗Ｒ１に入り込んで第２のシールド１４内まで達する。第１の導体８の分岐点３４からは第２の電流路６０が存在し、この第２の電流路６０は第４の接触抵抗Ｒ４に入り込み、ここから第２の接触抵抗Ｒ２に入り込み、ここから第３の接触抵抗Ｒ３に入って、ここから第３のシールド２０内にまで達する。すでに述べたように、第１のシールド１２内にはたとえば最大７０Ａの電流が誘導される。これにより、第１の電流路５０には７０Ａの大きさの電流が流れることになる。電気的に不平衡であることにより、前記分岐点から第４の接触抵抗Ｒ４内に入り込んで他の接触抵抗Ｒ２およびＲ３内に達する第２の電流路６０には、たとえば約５Ａである格段に小さい電流が流れる。第２の電流路は各電気的線路８，１０ごとに設けられるので、図中に示された実施例では２つ設置されている。したがって、電気的差込型コネクタ４と電気的差込型対向コネクタ６との組み合わせによる図５の構成全体にて生じる、第１の電流路５０および第２の電流路６０の総損失電力を計算することができる。電流路６０では電流強度が格段に小さいので、生じる損失電力も、従来技術の電気的コネクタ構造体１００にて生じる総損失電力と比較して格段に低減する。

このようにして、２つの電流路５０，６０を形成することにより、電気的差込型コネクタ４と差込型対向コネクタ６とを組み合わせた構成内部にシールド１２によって引き込まれたノイズ電流が、ほぼ無損失で、第３のシールド１４を介してこの電気的差込型コネクタ４‐差込型対向コネクタ６構成から外に引き出されることが明らかである。電気的に誘導されて第１のシールド１２内に到達したノイズ電流は、第２のシールド１４により発生源へ戻すことができる。

図６が図４と相違する点は、図６では第１のシールド１２と第２のシールド１４との間の導電性の接続部３２は、両シールドが電気的差込型コネクタ４‐差込型対向コネクタ６‐複合体内に入っていく場所の近くに設けられていることである。

図７に、図６にて示されたシールドの電気的等価回路を示す。これによれば、分岐３４は第１の接触抵抗Ｒ１より既に手前に設けられている。

上述の記載事項と同様、ここでも２つの電流路５０，６０が存在している。しかし、基本的には２つの第５の接触抵抗Ｒ５により構成される第１の電流路５０は、電気的差込型コネクタ４‐差込型対向コネクタ６‐複合体の外部に存在しているので、第１の電流路５０がこの差込型コネクタ４‐差込型対向コネクタ６‐複合体の内部の損失電力に寄与することはない。既に述べたように、分岐点３４からは、接触抵抗Ｒ１，Ｒ４，Ｒ２およびＲ３に供給される電流強度は格段に小さくなり、たとえば約５Ａのみとなる。したがって、差込型コネクタ４‐差込型対向コネクタ６‐複合体に生じる損失電力は、従来技術により生じる損失電力と比較して低くなる。

上述の損失電力により、電気的差込型コネクタ４‐差込型対向コネクタ６‐複合体も加熱されることになるので、損失電力が低くなると、差込型コネクタ４‐差込型対向コネクタ６‐複合体の加熱も小さくなる。ここで、差込型コネクタ４‐差込型対向コネクタ６‐複合体を、予め定めた温度で動作させると仮定した場合、上述のように低くなった損失電力により生成される熱が低くなることを利用して、たとえば、電気的線路８，１０により伝送される電流強度を上昇させることができる。また、損失電力により生成される熱流入が低下したことを利用して、電気的差込型コネクタ４‐差込型対向コネクタ６‐複合体を、より高い周辺温度で動作させることも可能になる。

図８に自動車１１０を示す。ここでは、直流電圧源１０２にインバータ１０４が導電接続されており、図中の実施例では、このインバータ１０４によって直流電流が３相交流電流に変換される。この３相交流電流は電気的コネクタ構造体２によって、自動車１１０を駆動する非同期モータ１０６へ供給される。電気的コネクタ構造体２は、第１の線路６および第２の線路８の他に第３の線路３６も有する。電気的コネクタ構造体２はさらに、電気絶縁性の第２のコネクタ筐体３９を備えた第２の電気的差込型コネクタ３８も有し、この第２の電気的差込型コネクタ３８により、電気的コネクタ構造体２はインバータ１０４に取り外し可能に導電接続されている。第１のシールド１２および第２のシールド１４の他に、第３の電気的線路３６は第３のシールド４０も有する。第１の差込型コネクタ４内部でも、また第２の電気的差込型コネクタ３８内部でも、シールド１２，１４，４０は接続部３２を用いて相互に導電接続されている。電気的コネクタ構造体２は、インバータ１０４と直流電流源１０２とを接続するために使用することもできる。

Claims (6)

1. 電気絶縁性のコネクタ筐体（１５）を備えた電気的差込型コネクタ（４）を有する電気的コネクタ構造体（２）であって、
   前記電気的コネクタ構造体（２）は、導電性のアセンブリケーシング（１８）により包囲されている電気的アセンブリ（１６）に固定的に接続された電気的差込型対向コネクタ（６）に、前記電気的差込型コネクタ（４）を導電接続して、高電流を伝送するように構成されており、
   前記電気的コネクタ構造体（２）は、
   第１の位相を有する第１の電流を伝送するように構成された電気的な第１の線路（８）と、
   前記第１の位相に対して時間的にずれている第２の位相を有する第２の電流を伝送するように構成された電気的な第２の線路（１０）と
   を有し、
   前記第１の線路（８）は、電磁ノイズに対する第１のシールド（１２）を有し、
   前記第２の線路（１０）は、電磁ノイズに対する第２のシールド（１４）を有し、
   前記第１のシールド（１２）は、前記電気的差込型対向コネクタ（６）内に設置された第３のシールド（２０）に、取り外し可能に導電接続することができ、
   前記第２のシールド（１４）は、前記電気的差込型対向コネクタ（６）内に設置された第４のシールド（２２）に、取り外し可能に導電接続することができる、前記電気的コネクタ構造体（２）において、
   前記第３のシールド（２０）および前記第４のシールド（２２）は、前記アセンブリケーシング（１８）に導電接続されることによりアース接続されており、
   前記第１のシールド（１２）と前記第２のシールド（１４）とは相互に異なっており、
   前記第１のシールド（１２）と前記第２のシールド（１４）とは、前記電気的コネクタ構造体（２）内部において、前記アセンブリケーシング（１８）とは別個の導電接続部（３２）を用いて相互に導電接続されており、
   前記第１のシールド（１２）と前記導電接続部（３２）と前記第２のシールド（１４）とにより形成される第１の電流路（５０）には、前記第３のシールド（２０）と前記アセンブリケーシング（１８）と前記第４のシールド（２２）とにより形成される第２の電流路（６０）よりも大きい電流が流れるように、前記第１の電流路（５０）および前記第２の電流路（６０）が構成されている
   ことを特徴とする、電気的コネクタ構造体（２）。
2. 前記第１のシールド（１２）と前記第２のシールド（１４）とは、前記電気的差込型コネクタ（４）の外部において相互に導電接続されている、
   請求項１記載の電気的コネクタ構造体（２）。
3. 前記第１のシールド（１２）と前記第２のシールド（１４）とは、前記電気的差込型コネクタ（４）への両シールド（１２，１４）の挿入箇所の近傍にて相互に導電接続されている、
   請求項１または２記載の電気的コネクタ構造体（２）。
4. 前記第１のシールド（１２）と前記第２のシールド（１４）とは、前記電気的差込型コネクタ（４）の内部において相互に導電接続されている、
   請求項１記載の電気的コネクタ構造体（２）。
5. 請求項１から４までのいずれか１項記載の電気的コネクタ構造体（２）を有する電気的システムであって、
   前記電気的コネクタ構造体（２）により、インバータ（１０４）と電気的アセンブリ（１０６）とが導電接続されている
   ことを特徴とする、電気的システム。
6. 請求項５記載の電気的システムを備えた自動車。

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