JP2019038444A - 接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車のフロントコンパートメントに搭載されている電気機器の筐体とコネクタの接続構造を開示する。【解決手段】接続構造２では、電力制御ユニット１０の筐体１１の後面１１ａであってＤＣパワーコネクタ１５と対向する位置に、頭頂面が平坦な凸条４２が設けられている。車両が衝突した際にフロントコンパートメント内の他の機器が移動し（あるいはコネクタが接続された電力制御ユニット１０自体が移動し）、ＤＣパワーコネクタ１５に他の機器が干渉した際、凸条４２の平坦な頭頂面がコネクタを支える。平坦な頭頂面での面接触によってＤＣパワーコネクタ１５に加わる荷重が分散するのでコネクタが破損し難くなる。【選択図】図４

Description

本明細書が開示する技術は、自動車のフロントコンパートメントに搭載されている電気機器の筐体とコネクタの接続構造に関する。

近年の自動車は電子化が進み、車両のフロントコンパートメントに様々な電気機器が搭載されるようになってきている。特に、電気自動車は、直流電源の電力を走行用のモータを駆動する交流電源に変換する電力変換器なども加わり、多くの電気機器が狭いフロントコンパートメントに搭載されている（例えば特許文献１）。

特開２０１５−２０４６８８号公報

電気機器の筐体には他の電気機器との通信用のケーブルのコネクタ、あるいは、電力伝送のためのケーブルのコネクタが接続される。車両が衝突した際、フロントコンパートメント内の機器が移動し、電気機器のコネクタが他の機器と干渉してコネクタが破損するおそれがある。特に、走行用のモータのための直流電源の電力が流れるコネクタが破損すると、高電圧が印加されている金属端子同士が短絡してしまうおそれがある。本明細書は、他の機器との干渉に強いコネクタの接続構造を提供する。

本明細書は、自動車のフロントコンパートメントに搭載されている電気機器の筐体とコネクタの接続構造を開示する。その接続構造では、電気機器の筐体の後面であってコネクタと対向する位置に、頭頂面が平坦な凸条が設けられている。車両が衝突した際にフロントコンパートメント内の機器が移動し（あるいはコネクタが接続された電気機器自体が移動し）、コネクタに他の機器が干渉した際、凸条の平坦な頭頂面がコネクタを支える。平坦な頭頂面での面接触によってコネクタに加わる荷重が分散するのでコネクタが破損し難くなる。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。

ハイブリッド車のフロントコンパートメント内のデバイスレイアウトを示す斜視図である。 ハイブリッド車の電力制御ユニットとその周辺機器のブロック図である。 電力制御ユニットとブレーキアクチュエータの位置関係を示す側面図である。 電力制御ユニットの後面を含む部分斜視図である。

図面を参照して実施例の接続構造を説明する。実施例の接続構造は、走行用にエンジンとモータを備えているハイブリッド車に適用されている。図１は、ハイブリッド車１００のフロントコンパートメント９０の中のデバイスレイアウトを示す斜視図である。なお、図中の座標系は、Ｆ軸の正方向が車両前方を示しており、Ｖ軸の正方向が車両上方を示している。Ｈ軸の正方向は車両の左側方を示している。なお、図１では、フロントコンパートメント９０に搭載されているデバイスを模式化して描いてある。

フロントコンパートメント９０には、エンジン９５、トランスアクスル３０、電力制御ユニット１０、補機バッテリ５、ブレーキアクチュエータ９１が収容されている。フロントコンパートメント９０には他にも様々なデバイスが収容されているが、それらの図示と説明は省略する。

ハイブリッド車１００は、走行用に、２個のモータ７ａ、７ｂとエンジン９５を備えている。２個のモータ７ａ、７ｂは、トランスアクスル３０の筐体に収容されている。トランスアクスル３０には、走行用の２個のモータ７ａ、７ｂのほか、動力分配機構とデファレンシャルギアを備えている。トランスアクスル３０とエンジン９５は連結されており、動力分配機構は、エンジン９５の出力トルクとモータ７ａ、７ｂの出力トルクを合成／分配するギアセットである。動力分配機構は、高トルクが要求されたときには、エンジン９５の出力トルクとモータ７ａ、７ｂの出力トルクを合成してデファレンシャルギアへ伝達する。また、動力分配機構は、状況に応じて、エンジン９５の出力トルクを分割してデファレンシャルギアと一方のモータ７ａへ伝達する。その場合、ハイブリッド車１００は、エンジントルクで走行しながらモータ７ａで発電する。他方のモータ７ｂは、エンジン９５を始動するセルモータとしても機能する。

エンジン９５とトランスアクスル３０は、車幅方向で隣り合うように連結されている。エンジン９５とトランスアクスル３０は、車両の構造強度を担保する２本のサイドメンバ９２に懸架されている。なお、図１では、一方のサイドメンバは見えていない。

トランスアクスル３０の上面に、電力制御ユニット１０が固定されている。電力制御ユニット１０は、不図示のメインバッテリの直流電力を昇圧するとともに、昇圧した直流電力をモータ駆動に適した交流電力に変換するデバイスである。

図２に、電力制御ユニット１０の内部と電力制御ユニット１０に接続されている周辺機器のブロック図を示す。電力制御ユニット１０は、その内部に、コンバータ回路１２、２個のインバータ回路１３ａ、１３ｂ、及び、コンバータ回路１２とインバータ回路１３ａ、１３ｂを制御する制御基板１４を備えている。

電力制御ユニット１０は、ＤＣパワーケーブル２５を介してメインバッテリ３と接続されている。符号１５は、ＤＣパワーケーブル２５の先端に取り付けられているコネクタ（ＤＣパワーコネクタ）を示している。メインバッテリ３の出力は１００ボルト以上であり、メインバッテリ３の電力でモータ７ａ、７ｂが駆動される。メインバッテリ３の出力電力は、コンバータ回路１２に入力される。コンバータ回路１２は、メインバッテリ３の出力電圧を昇圧してインバータ回路１３ａ、１３ｂに供給する。インバータ回路１３ａ、１３ｂは、昇圧された直流電力を、モータ駆動に適した交流電力に変換する。インバータ回路１３ａ、１３ｂの出力は、それぞれ、モータコネクタ１７とモータパワーケーブル２７を介してモータ７ａ、７ｂに供給される。

コンバータ回路１２とインバータ回路１３ａ、１３ｂは、制御基板１４に実装された制御回路によって制御される。制御基板１４の制御回路は、補機バッテリ５から電力供給を受けて動作する。制御基板１４の制御回路は、外部の上位制御器６からの指令を受けて動作する。補機バッテリ５と上位制御器６は、通信ケーブルと通信コネクタ１８を介して電力制御ユニット１０の制御基板１４と接続されている。

なお、補機バッテリ５は、電力制御ユニット１０の中の制御基板１４のほか、１２ボルトで動作する他の機器にも電力を供給する。ハイブリッド車１００に搭載されている機器の中で、１２ボルトで動作する機器は、補機と総称される。補機バッテリ５は、フロントコンパートメント９０に搭載されている（図１参照）。

電力制御ユニット１０の筐体は、メインバッテリ３とエアコンコンプレッサ４の間の電力中継器を兼ねている。エアコンケーブル２６とエアコンコネクタ１６を介して、電力制御ユニット１０からエアコンコンプレッサ４にメインバッテリ３の電力が供給される。

図１に戻ってフロントコンパートメント９０におけるデバイスレイアウトの説明を続ける。電力制御ユニット１０は、トランスアクスル３０の上方に、フロントブラケット９３とリアブラケット９４を介して支持されている。電力制御ユニット１０の筐体１１の後面には、２個のコネクタ（ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６）が接続されている。電力制御ユニット１０の後方には、ブレーキアクチュエータ９１が配置されている。

図３に、電力制御ユニット１０とブレーキアクチュエータ９１の位置関係を示す側面図を示す。図３でも、座標系のＦ軸正方向は車両前方を表し、Ｖ軸正方向は上方を表す。Ｈ軸の正方向は車両の左側方を指している。また、図３のＸＹＺ座標系は電力制御ユニット１０の筐体１１を基準とした座標系であり、Ｘ軸は筐体１１の底面に平行な方向に延びており、Ｚ軸は筐体の後面に平行な方向に延びている。ＸＹＺ座標系は、後に参照する図４の斜視図を理解し易くするために描いてある。

先に述べたように、電力制御ユニット１０は、トランスアクスル３０の上面３０ａに、フロントブラケット９３とリアブラケット９４を介して支持されている。電力制御ユニット１０とトランスアクスル３０の間には、隙間ＳＰが確保されている。電力制御ユニット１０が直接にトランスアクスル３０の上面３０ａに固定されていないのは、トランスアクスル３０からの振動を遮断するためである。なお、フロントブラケット９３と電力制御ユニット１０の筐体１１の間には不図示の防振ブッシュが挟まれている。リアブラケット９４と電力制御ユニット１０の筐体１１の間にも不図示の防振ブッシュが挟まれている。

筐体１１の左側面にモータコネクタ１７が接続されており、筐体１１の後面にＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６が接続されている。図３では、エアコンコネクタ１６はＤＣパワーコネクタ１５の後ろ側に位置しており、見えない。筐体１１の上面には通信コネクタ１８（図２参照）が接続されているが、図では通信コネクタ１８の図示は省略している。

電力制御ユニット１０は２個のブラケット９３、９４でトランスアクスル３０の上方に支持されている。ハイブリッド車１００が前方衝突すると、ブラケット９３、９４が変形し、あるいは、破断し、電力制御ユニット１０が後方へ移動する場合がある。電力制御ユニット１０の後面には２個のコネクタ（ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６）が接続されており、その後方にはブレーキアクチュエータ９１が配置されている。電力制御ユニット１０が後退すると、２個のコネクタ（ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６）がブレーキアクチュエータ９１と干渉する。干渉時の衝撃が強いといずれかのコネクタがダメージを受ける可能性がある。ＤＣパワーコネクタ１５とエアコンコネクタ１６はいずれも、メインバッテリと接続されており、コネクタ内部の端子には１００ボルト以上の高電圧が加わっている。コネクタが破損し、内部の端子が短絡あるいは露出することは好ましくない。筐体１１の後面には頭頂面が平坦な凸条４２が設けられている。図３では、理解を助けるために、凸条４２をグレーで示してある。ＤＣパワーコネクタ１５と筐体１１は凸条４２の頭頂面で面接触し、ＤＣパワーコネクタ１５に加わる荷重が分散する。このことにより、ＤＣパワーコネクタ１５は、他のデバイス（ブレーキアクチュエータ９１）との干渉の際に破損し難くなる。エアコンコネクタ１６に対しても凸条が設けられており、エアコンコネクタ１６も干渉に対して破損し難い。

図４を参照しつつ、実施例の接続構造２（筐体１１とコネクタとの接続構造）を説明する。図４は、電力制御ユニット１０の筐体１１の後面１１ａを示した部分斜視図である。図４では、ＤＣパワーコネクタ１５は取り外して描いてある。なお、先に述べたように、筐体１１の上面には通信コネクタ１８が接続されているが、その図示は省略した。

筐体１１の後面１１ａには水平方向に延びるフランジ４４が設けられている。フランジ４４には貫通孔４４ａが設けられている。一方、ＤＣパワーコネクタ１５の上面にはボルト孔１５ｃが設けられている。ＤＣパワーコネクタ１５は、その上面が筐体１１のフランジ４４の下面に接するように配置され、貫通孔４４ａを通してボルト４１で固定される。図中の符号４３は、筐体１１に設けられた開口であり、開口４３の内側に、筐体側の金属端子（不図示）が配置されている。図中の符号１５ａは、ＤＣパワーコネクタ１５に設けられた開口であり、開口１５ａの内側に、コネクタ側の金属端子（不図示）が配置されている。コネクタ１５を筐体１１に取り付けると、筐体側の金属端子とコネクタ側の金属端子が接触し、導通する。

筐体１１の後面１１ａには頭頂面が平坦な２個の凸条４２が設けられている。凸条４２は、ＤＣパワーコネクタ１５と対向する位置に設けられている。ＤＣパワーコネクタ１５を筐体１１に取り付けると、凸条４２の平坦な頭頂面がＤＣパワーコネクタ１５の筐体１１と対向する面に当接する。図中の符号１５ｂが示す破線の矩形が、凸条４２の頭頂面に当接する当接範囲を示している。エアコンコネクタ１６も同様の接続構造２で接続されている。

車両が前面衝突して電力制御ユニット１０が後退すると、後方のブレーキアクチュエータ９１とＤＣパワ−コネクタ１５が干渉する場合がある。ＤＣパワ−コネクタ１５は、筐体１１とブレーキアクチュエータ９１に挟まれ、荷重を受ける。ＤＣパワーコネクタ１５の当接範囲１５ｂと筐体側の凸条４２の頭頂面が面接触し、荷重が分散される。荷重が分散されるので、ＤＣパワーコネクタ１５は破損し難くなる。エアコンコネクタ１６についても同様の効果が期待できる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。筐体に設けられた凸条４２は、コネクタの衝突時の強度を高めるだけでなく、筐体１１自体の強度を高める。それゆえ、凸条４２は、筐体の振動特性の改善にも寄与する。

実施例の接続構造２では、一個のコネクタ（ＤＣパワーコネクタ１５）に対して２個の凸条４２が筐体１１に設けられている。凸条の数は、２個に限られない。凸条は、頭頂面の総面積が大きいほどよい。

実施例の接続構造は、電力制御ユニット１０以外の電気機器に適用されてもよい。また、実施例の接続構造は、他のコネクタ、例えば、モータコネクタ１７に適用されてもよい。本明細書が開示する接続構造は、様々なコネクタに適用可能であるが、特に、１００ボルト以上の高電圧が印加されるコネクタに適用することが好適である。

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：接続構造
３：メインバッテリ
４：エアコンコンプレッサ
５：補機バッテリ
６：上位制御器
７ａ、７ｂ：モータ
１０：電力制御ユニット
１１：筐体
１１ａ：後面
１２：コンバータ回路
１３ａ、１３ｂ：インバータ回路
１４：制御基板
１５：ＤＣパワーコネクタ
１６：エアコンコネクタ
１７：モータコネクタ
１８：通信コネクタ
２５：ＤＣパワーケーブル
２６：エアコンケーブル
２７：モータパワーケーブル
３０：トランスアクスル
３０ａ：上面
４１：ボルト
４２：凸条
４３：開口
４４：フランジ
４４ａ：貫通孔
９０：フロントコンパートメント
９１：ブレーキアクチュエータ
９２：サイドメンバ
９５：エンジン
１００：ハイブリッド車
ＳＰ：隙間

Claims (1)

1. 自動車のフロントコンパートメントに搭載されている電気機器の筐体とコネクタの接続構造であり、
   前記筐体の後面であって前記コネクタと対向する位置に、頭頂面が平坦な凸条が設けられている、接続構造。

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