JP6922540B2

JP6922540B2 - 車両のケーブルユニット

Info

Publication number: JP6922540B2
Application number: JP2017155982A
Authority: JP
Inventors: 彰一南; 央都藤波
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: JP2019036436A

Description

本発明は車両の駆動にかかる電気系統の構造に関し、特に車両のケーブルユニットに関する。

ハイブリッド車両や電気自動車など、駆動源として回転電機を用いる車両では、バッテリー等の直流電源を交流電力に変換するインバータから電力供給を受けている。

下記特許文献１には、これらの電気的接続に関する技術が開示されている。下記特許文献１の図６及び図４を本発明の背景技術の図５及び図６として用い、各部材の符号を図示のごとく付け直した。図５は、全体構成を示す図である。図５に示すように、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を収容するトランスアクスルケース１００（以下Ｔ／Ａケースと呼ぶ）の端子台１０２と、インバータＩＮＶを収容するパワーコントロールユニットケース１０４（以下ＰＣＵケースと呼ぶ）の端子台１０６は、ケーブルユニット１１０で接続されている。

図６は、ケーブルユニット１１０の詳細を示す図である。図６において、Ｔ／Ａケースは、Ｚ軸の負の方向にあり、ＰＣＵケースはＸ軸の負の方向にあるが、ともに図示を省略している。Ｔ／Ａ側コネクタ１１２は、複数のソケット１１８と圧着端子１２０を備える。

ＰＣＵ側コネクタ１１４は、ＰＣＵケース１０４の端子台１０６に接続される。ＰＣＵ側コネクタ１１４は、Ｔ／Ａ側コネクタ１１２と同様に、複数のソケット１２４と圧着端子１２６が設けられている。これらは、絶縁体である樹脂で作られた端子保護カバー１２８に固定されている。端子保護カバー１２８は、ドーナツ状に形成されており、圧着端子１２６はその内部に固定されている。端子保護カバー１２８におけるＰＣＵケース１０４側の部分（図６では金属カバー１３０に隠れている）は、ＰＣＵケース１０４の端子台１０６に設けられた対応部位に嵌合される。端子保護カバー１２８の外側には、金属製の金属カバー１３０が外嵌されて固定されている。つまり、図６において、金属カバー１３０に設けられた開口に、端子保護カバー１２８がはめ込まれて両者は互いに動けない状態となっている。金属カバー１３０は、ＰＣＵケース１０４の端子台１０６にＰＣＵ側コネクタ１１４を固定させる固定部材である。金属カバー１３０には、ＰＣＵケース１０４の端子台１０６への固定にあたって、位置決めに用いられるノックピン孔１３２と、固定に用いられるねじ孔１３４が設けられている。

ケーブル１１６は、Ｔ／Ａ側コネクタ１１２とＰＣＵ側コネクタ１１４を電気的に接続する。ケーブル１１６は、圧着端子１２０、１２６の個数と同一本数となるように、複数本設けられる。ケーブル１１６には車両を駆動する大電流が流れる。このため、ケーブル１１６は電線素線が複数本束ねられて形成されており、太径となっている。このため、ケーブル１１６は軸方向荷重に対する剛性（弾性）を備えており、軸方向荷重に対して撓み難くなっている。また、軸方向以外の応力に関しても、ケーブル１１６は剛性を備え、一端側に掛かる応力が他端まで及んで全体的に撓むような剛性を備えている。さらに、ケーブル１１６は、曲線状に配索される。このため、ケーブル１１６は形状がある程度固定されており、そこから変形させる場合にはケーブル１１６の剛性に対応した比較的大きな力を加える必要があるため、変形が制限された状態にあると言える。なお、必要とする力は、ケーブル１１６の形状にも依存することになる。

特開２０１５−３９２６６号公報

上記特許文献１に記載のようなケーブルユニット１１０をＴ／Ａケース１００の端子台１０２及びＰＣＵケース１０４の端子台１０６に接続する状況を考える。まず、Ｔ／Ａケース１００の端子台１０２にＴ／Ａ側コネクタ１１２を固定する。続いて、ＰＣＵ側コネクタ１１４がＰＣＵケース１０４の端子台１０６に取り付けられる。このときは、ＰＣＵ側コネクタ１１４の金属カバー１３０のノックピン孔１３２がＰＣＵケース１０４のノックピンに嵌められる。また、その後に（または、その前に、もしくは、それと並行して）ＰＣＵ側コネクタ１１４の端子保護カバー１２８のＰＣＵ側部分が、ＰＣＵケース１０４の端子台１０６における対応部位に嵌合される。そして、最後に、ＰＣＵ側コネクタ１１４の金属カバー１３０のねじ孔１３４を用いてねじによる固定が行われる。

しかし、ケーブル１１６は上述の通り、変形が制限された状態にある。そして、このケーブル１１６のＴ／Ａ側コネクタ１１２はＴ／Ａケース１００の端子台１０２に固定されている。また、ケーブル１１６のＰＣＵ側コネクタ１１４では、ケーブル１１６が端子保護カバー１２８に取り付けられている。

このため、端子保護カバー１２８と金属カバー１３０は自由に動くことはできず、その位置と方向そしてそこからの調整の余地は、ケーブル１１６の状態に依存することになる。このため、ノックピン孔をノックピンに嵌める際に、端子保護カバー１２８及び金属カバー１３０の位置ずれが起きたり、方向が斜めにずれたりするなどして、端子保護カバー１２８のＰＣＵ側部分を対応部位にスムーズに嵌合させることができない場合が生じる。この場合には、比較的大きな力を加えて、端子保護カバー１２８及び金属カバー１３０の方向または位置を組み付けの設計で想定された状態に修正する必要がある。

本発明の目的は、ＰＣＵ側の端子と回転電機側の端子とケーブルユニットで接続する場合において、その接続を容易化することにある。

請求項１に係る車両のケーブルユニットは、ケーブルと、前記ケーブルの一端に設けられ回転電機の端子に接続される回転電機側端子と、前記ケーブルの他端に設けられＰＣＵの端子に接続されるＰＣＵ側端子と、前記ケーブルの前記他端側に固定され、その周囲に周方向に延びる溝が形成された筒状の端子保護カバーであって、前記ＰＣＵ側端子の側面を囲んでＰＣＵ側となる前記端子保護カバーの軸方向に突起した保護壁を有し、当該保護壁が前記ＰＣＵの端子の周囲に設けられた対応部位に嵌合される端子保護カバーと、前記端子保護カバーに取り付けられ、開口部とノックピン孔とが形成された固定部材と、を備え、前記開口部の内部に前記端子保護カバーの前記溝の部分が入っており、これにより、前記端子保護カバーから前記固定部材の離脱を防止されており、前記ノックピン孔は、前記ＰＣＵから外部に突出するノックピンが嵌合され、前記開口部の周縁形状は、前記溝の部分における前記端子保護カバーの外形より大きく、前記固定部材の厚みは、前記溝の幅より小さく、前記端子保護カバーは、前記固定部材に対して、前記軸方向および前記軸方向に垂直な方向に動ける、ことを特徴とする。

形状の変形が制限されたケーブルとは、ケーブルの変形が比較的困難となっている状態を指す。ケーブルは、銅線などの金属素材や、その周囲に設けられた絶縁性の樹脂などによって形状が定まる。細いケーブルでは、わずかな力を加えられただけで、金属が塑性変形して容易にその形状を変形させることができる。しかし、ある程度太いケーブルでは、弾性変形域においてある程度の変形をさせるためには、相対的に強い力が要求される。また、塑性変形するためには、さらに強い力が要求される。このため、ケーブルユニットの取り付けにおいて、比較的強い力を要求されるケーブルは、当初の形状からの変形が制限されていると言える。なお、ケーブルの変形のしやすさは、ケーブルの材質、太さ、長さなどによって変わる他、形状（直線状、曲線状など）によって変形しやすい方向やしにくい方向なども出てくる。

ケーブルが変形制限されたものである場合、ケーブルの変形制限の特性に従って、ケーブルに固定された端子保護カバーの位置または方向の一方または両方が設計で想定された状態から変わるため、固定部材をＰＣＵの所定位置に取り付けることや、端子保護カバーをＰＣＵ側の対応部位に嵌合することが難しくなる可能性がある。しかし、本ケーブルユニットでは、端子保護カバーと固定部材との取り付けに遊びを持たせている。遊びは、単なるガタではない。遊びが無い場合に比べて、取り付けにあたっての位置または方向の調整が容易なように設定されている。

本実施形態にかかるケーブルユニットによれば、ＰＣＵ側の端子と回転電機側の端子とをケーブルユニットで接続する場合に、その接続が容易となる。

ケーブルユニットのＰＣＵ側コネクタの端子保護カバーと固定部材との遊びを持った取り付けを例示する断面図である。ケーブルユニットをＰＣＵに取り付ける例を説明する側面図である。参考例にかかるケーブルユニットのＰＣＵ側コネクタの断面図である。参考例にかかるケーブルユニットをＰＣＵへ取り付ける態様を説明する図である。背景技術におけるＰＣＵと回転電機とケーブルユニットについて説明する図である。背景技術におけるケーブルユニットについて説明する図である。

図１を参照して、本実施の形態にかかるケーブルユニットについて説明する。本実施の形態にかかるケーブルユニットは、図５及び図６を用いて説明した背景技術におけるケーブルユニット１１０を改良したものである。

図１は、ケーブルユニットのＰＣＵ側コネクタ１０の概略を説明する断面図である。この図は、図６におけるＡＡ‘の断面に相当したものであり、図の左側がＰＣＵ側に相当する。図１は、説明の便宜のため簡略化をしており、図６とは形状やスケールは一致していない。また、圧着端子やケーブルなどは省略している。

図１には、ＰＣＵ側コネクタ１０における金属カバー１２と、端子保護カバー１８が含まれている。金属カバー１２は、一枚の板状の金属を加工して作られており、その中央付近には大きな開口が設けられている。図では、この開口を切った断面を示しているため、上側部分１４と下側部分１６に分かれて描かれている。金属カバー１２は、ＰＣＵ側コネクタ１０をＰＣＵに固定する固定部材である。この断面図には図示されていないが、ＰＣＵに設けられるノックピンに嵌合されるノックピン孔と、ＰＣＵにねじ固定されるためのねじ孔が設けられている。

端子保護カバー１８は、金属カバー１２の開口の中に設けられている。端子保護カバー１８は、絶縁体である樹脂で作られた部材である。端子保護カバー１８は、ＰＣＵ側部分２０と、溝部分２２と、反ＰＣＵ側部分２４を含んでおり、ＰＣＵ側部分２０の端には折曲部分２６が設けられ、折曲部分２６のＰＣＵ側にはゴム製のシール部材２８が取り付けられている。端子保護カバー１８は、内部が中空に作られており、ここには、図示していない圧着端子が設置される。圧着端子は、ケーブルユニットのＰＣＵ側端子を構成しており、ＰＣＵの端子に接続される。

端子保護カバー１８は、圧着端子を保護するカバーである。圧着端子を取り囲むように作られており、ＰＣＵ側部分２０は、圧着端子及びそれと接続されるＰＣＵの端子の側面を囲んで、ＰＣＵ側に保護壁を作るように形成されている。また、反ＰＣＵ側部分２４は、ＰＣＵとは反対側に保護壁を作るように形成されている。溝部分２２は、凹形状に形成された部分であり、金属カバー１２が外から嵌めこまれた状態に取り付けられている。溝部分２２と金属カバー１２の間には、隙間３２、３４が設けられている。隙間は、図の左右方向（金属カバー１２の板面に垂直な方向であり、ＰＣＵ側と反ＰＣＵ側を結ぶ方向である）、図の上下方向、そして図示していないが図の紙面手前側と奥側の方向に設けられている（つまり金属カバー１２の板面に垂直な方向および板面内の各方向の全てに隙間がある）。ただし、隙間３２、３４は、端子保護カバー１８を強引に変形することなく金属カバー１２が外れない範囲の大きさに作られている。この隙間３２、３４は、金属カバー１２と端子保護カバー１８の取り付けにおける「遊び」を形成している。端子保護カバー１８は、金属カバー１２に対して、どちらの方向にも動くことができ、また、角度も変えることができる（図では金属カバー１２に直交しているように描かれているが、直交しない方向にずれることができる。）。

続いて、図２を参照して、ＰＣＵ側コネクタ１０の接続について説明する。図２は、本実施形態にかかるケーブルユニット４０を、Ｔ／Ａケース５０の端子（すなわち回転電機の端子）とＰＣＵケース６０の端子（すなわちインバータの端子）に接続する過程を示す概略的な側面図である。

ケーブルユニット４０は、ＰＣＵ側コネクタ１０、ケーブル４２、Ｔ／Ａ側コネクタ４４を含んでいる。ＰＣＵ側コネクタ１０は、前述の通り、金属カバー１２と端子保護カバー１８を含んでいる。ケーブル４２は、その一端がＴ／Ａ側コネクタ４４にソケットを介して接続されており、両者は電気的に接続されるとともに、互いの位置が動かないように固定されている。また、ケーブル４２の他端は、ＰＣＵ側コネクタ１０に接続されている。すなわち、ケーブル４２は、端子保護カバー１８に取り付けられたソケットを介して、圧着端子に電気的に接続されるとともに、端子保護カバー１８に固定されている。

図２で、Ｔ／Ａ側コネクタ４４は、既に、Ｔ／Ａケース５０の端子に電気的に接続され、かつ、Ｔ／Ａケース５０にねじなどによって物理的に固定されている。この状態で、ＰＣＵ側コネクタ１０がＰＣＵケース６０の端子に取り付けられようとしている。ＰＣＵ側ケースには、端子保護カバー１８のＰＣＵ側部分２０に対応した対応部位６２が設けられている。ＰＣＵ側部分２０は、この対応部位６２に嵌合される。また、ＰＣＵケース６０には、ノックピン６４が取り付けられている。そして、金属カバー１２のノックピン孔が、このノックピン６４に嵌合されて位置決めが行われている。位置決めは、金属カバー１２をＰＣＵケース６０に固定する工程の一つである。

図２の例では、金属カバー１２のノックピン孔がノックピン６４に嵌められて、さらに奥に押し込まれようとしている様子を示している。このとき、端子保護カバー１８は、ケーブル４２から力を受けており、端子保護カバー１８を斜めに傾けている。すなわち、端子保護カバー１８は、ノックピン６４と結合された上部はＰＣＵケース６０に接近しているが、下部はＰＣＵケース６０から比較的距離がある状態で斜めに傾いている。しかし、端子保護カバー１８及び金属カバー１２は、ＰＣＵケース６０に対して傾かずに正対したときにスムーズに嵌合するように作られている。このため、端子保護カバー１８に傾きがある場合、ＰＣＵ側部分２０は、対応部位６２の周囲に干渉してしまい、対応部位６２に嵌合させることが困難となる。ただし、この例では、金属カバー１２と端子保護カバー１８の間の隙間３２、３４による遊びのために、金属カバー１２をあまり動かすことなく、端子保護カバー１８に比較的弱い力を加えるだけで、その位置及び方向を調整することが可能である。この結果、端子保護カバー１８のＰＣＵ側部分２０が、ＰＣＵケース６０の対応部位６２の内側にセットされ、嵌合され始められている。引き続き、端子保護カバー１８及び金属カバー１２をＰＣＵケース６０側に押し込み、さらに金属カバー１２をＰＣＵケース６０に固定させると、端子保護カバー１８の内部に設けられた圧着端子がＰＣＵケース６０側の端子に圧着して電気的に接続されることになる。

金属カバー１２と端子保護カバー１８の隙間（遊び）は、金属カバー１２の位置決めと端子保護カバー１８の対応部位への嵌合の両方がスムーズに行える範囲で設定することになる。その大きさは、ノックピン６４の位置、対応部位６２の位置、端子保護カバー１８のＰＣＵ側部分２０の大きさ、ケーブルの変形制限の特性などによって変わってくる。また、金属カバー１２と端子保護カバー１８の固定時などにおける安定性なども検討する余地がある。こうした要素を総合的に勘案して妥当な範囲の遊びの大きさを設定すればよい。

なお、以上に示した例では、金属カバー１２の位置決め（これは金属カバー１２を固定する工程の一つである）に着手した後に、端子保護カバー１８の嵌合に取り掛かるものとした。しかし、端子保護カバー１８の嵌合を先に着手しても、両者を同時に着手してもよい。

ここで、比較のため、図３及び図４を用いて、遊びがない場合の参考例を示す。図３は図１に対応した図であり、図４は図２に対応した図である。対応する部材には同一の番号を付与して、説明を簡略化する。

図３及び図４に示したケーブルユニット７０では、ＰＣＵ側コネクタ７２における端子保護カバー８０の形状に特徴がある。すなわち、ＰＣＵ側部分８２、溝部分８４、反ＰＣＵ側部分８６は、溝部分８４が、いずれの方向においても金属カバー１２と密着するように作られている。言い換えれば、端子保護カバー８０と金属カバー１２とは、遊びを設けずに結合されており、両者は固定されている。

図４は、金属カバー１２のノックピン孔をＰＣＵケース６０のノックピン６４に嵌めている段階を示している。このとき、端子保護カバー８０と金属カバー１２は、ケーブル４２から力を受けているために、端子保護カバー８０のＰＣＵ側部分８２は、対応部位６２に対して斜めになっている。端子保護カバー８０は、ＰＣＵケース６０に対して垂直にアクセスした場合に、スムーズに嵌合されるが、斜めにアクセスした場合には、対応部位６２の周囲と干渉してしまう。図示した例では、干渉箇所９０が生じている。この場合に、
端子保護カバー８０のＰＣＵ側部分８２を対応部位６２に嵌合させるためには、金属カバー１２及び端子保護カバー８０の向きを修正しなくてはならない。これには、比較的大きな力が必要となる。

なお、以上に説明した実施形態は、本発明を例示したものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、端子保護カバーは、ＰＣＵケースに正対せずに、ある程度傾いた状態で挿入するように設計することが可能であり、遊びの程度はその状況に応じて設定すればよい。

１０ＰＣＵ側コネクタ、１２金属カバー、１４上側部分、１６下側部分、１８端子保護カバー、２０ＰＣＵ側部分、２２溝部分、２４反ＰＣＵ側部分、２６折曲部分、２８シール部材、３２隙間、３４隙間、４０ケーブルユニット、４２ケーブル、４４Ｔ／Ａ側コネクタ、５０Ｔ／Ａケース、６０ＰＣＵケース、６２対応部位、６４ノックピン、７０ケーブルユニット、７２ＰＣＵ側コネクタ、８０端子保護カバー、８２ＰＣＵ側部分、８４溝部分、８６反ＰＣＵ側部分、９０干渉箇所、１００Ｔ／Ａケース、１０２端子台、１０４ＰＣＵケース、１０６端子台、１１０ケーブルユニット、１１２Ｔ／Ａ側コネクタ、１１４ＰＣＵ側コネクタ、１１６ケーブル、１１８ソケット、１２０圧着端子、１２４ソケット、１２６圧着端子、１２８端子保護カバー、１３０金属カバー、１３２ノックピン孔、１３４ねじ孔。

Claims

ケーブルと、
前記ケーブルの一端に設けられ回転電機の端子に接続される回転電機側端子と、
前記ケーブルの他端に設けられＰＣＵの端子に接続されるＰＣＵ側端子と、
前記ケーブルの前記他端側に固定され、その周囲に周方向に延びる溝が形成された筒状の端子保護カバーであって、前記ＰＣＵ側端子の側面を囲んでＰＣＵ側となる前記端子保護カバーの軸方向に突起した保護壁を有し、当該保護壁が前記ＰＣＵの端子の周囲に設けられた対応部位に嵌合される端子保護カバーと、
前記端子保護カバーに取り付けられ、開口部とノックピン孔とが形成された固定部材と、を備え、
前記開口部の内部に前記端子保護カバーの前記溝の部分が入っており、これにより、前記端子保護カバーから前記固定部材の離脱を防止されており、
前記ノックピン孔は、前記ＰＣＵから外部に突出するノックピンが嵌合され、
前記開口部の周縁形状は、前記溝の部分における前記端子保護カバーの外形より大きく、前記固定部材の厚みは、前記溝の幅より小さく、前記端子保護カバーは、前記固定部材に対して、前記軸方向および前記軸方向に垂直な方向に動ける、
ことを特徴とする車両のケーブルユニット。