JP5062330B2

JP5062330B2 - 接続装置

Info

Publication number: JP5062330B2
Application number: JP2010532736A
Authority: JP
Inventors: 真士市川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: EP2345555B1; EP2345555A4; US8525476B2; CN102177045B; JPWO2010041319A1; EP2345555A1; WO2010041319A1; CN102177045A; US20110193521A1

Description

本発明は、接続装置に関し、特に、車両に接続される接続プラグおよび電源に接続される電源プラグを有し、外部電源からの電力を車両に供給するための接続装置に関する。

近年では、環境に配慮した自動車として、車輪の駆動にモータとエンジンとを併用するハイブリッド自動車や電気自動車が注目を集めている。

このようなハイブリッド車両や電気自動車において、外部から充電可能な構成にすることも検討されている。このようにすれば、家庭等において充電を行なうことにより燃料補給にガソリンスタンドに出向く回数が減り運転者にとって便利になるとともに、安価な深夜電力等の利用によりコスト面でも見合うことも考えられる。

そして、充電装置としては、たとえば、特開平１１−２６６５０９号公報（特許文献１）および特開平１１−２０５９０９号公報（特許文献２）に記載された充電装置等が挙げられる。

特開平１１−２６６５０９号公報（特許文献１）に記載された充電装置は、一台で複数種類の電気自動車に対応でき、ケーブル接続形式等の相違に容易に対応可能なものとされている。

特開平１１−２０５９０９号公報（特許文献２）に記載された電気自動車用充電装置は、電気自動車と外部交流電源のコンセント間に設けられた漏電遮断器を備えている。
特開平１１−２６６５０９号公報特開平１１−２０５９０９号公報

しかし、上記従来の充電装置においても、充電する車両を充電装置の近傍にまで寄せる必要がある。そして、家庭用電源を用いて車両を充電する際には、コンセントと車両とが離れていることが一般的であり、さらに、外出先などで充電しようとするとさらに長いコードに接続された充電用の接続プラグを用いる必要がある。

また、車両のバッテリを充電する際には、電源の電圧や電流等の各種情報を車両側に送信する各種機器を搭載する必要があり、車両と電源との間を接続する機器自体が大きくなる。そして、サイズの大きい接続装置は各家庭や車両内に置いておくには収容スペースを要し、利便性に欠けるものである。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、外部電源と車両とを接続して車両に電力を供給する接続装置であって、コンパクト化の図られた接続装置を提供することである。

本発明に係る接続装置は、軸部と、内部に収容部が規定され、軸部を中心に回転可能に設けられたドラムと、軸部に固定され、収容部内に収容された固定子と、ドラムに固定され、軸部を中心に回転可能に設けられると共に、固定子と間隔をあけて収容部内に収容された回転子と、固定子に設けられた第１端子部と、回転子に設けられ、第１端子部と接触する第２端子部とを備える。さらに、この接続装置は、ドラムに巻回され、車両に接続される接続プラグが一方の端部に設けられ、他方の端部が第２端子部に電気的に接続された接続コードと、外部電源に接続される電源プラグが一方の端部に設けられた電源コードと、電源コードの他方の端部および第１端子部に接続され、収容部内に収容された漏電検出器とを備える。

好ましくは、上記漏電検出器は固定子または軸部に固定される。
好ましくは、上記収容部内に収容され、漏電検出器の駆動を制御する制御部と、固定子に設けられ、制御部に電気的に接続された第１信号端子部と、回転子に設けられ、第１信号端子部と接触すると共に接続プラグに電気的に接続された第２信号端子部とをさらに備える。そして、上記固定子と回転子とは、軸部の軸方向に配列する端面同士が互いに対向するように配置され、第１端子部および第１信号端子部は、固定子のうち回転子と対向する端面に設けられ、軸部を中心として環状に延びる環状の金属リングとされる。さらに、上記第２端子部および第２信号端子部は、回転子のうち固定子と対向する端面に設けられ、第１信号端子部は第１端子部より外側に位置し、第２信号端子部は第２端子部より外側に位置する。

好ましくは、上記収容部内に収容され、漏電検出器の駆動を制御する制御部をさらに備え、制御部は、予め入力された時間帯で接続プラグが接続された車両に電力を供給するタイマー機構を含む。

好ましくは、上記ドラムを回転させる回転電機と、電源コードから供給される交流電力を直流電力に変換して、回転電機の駆動電力として供給する変換器とをさらに備え、回転電機および変換器は、ドラム内に収容される。好ましくは、収容部内に収容され、漏電検出器の駆動を制御する制御部をさらに備え、制御部と漏電検出器とは回転子に固定される。

本発明に係る接続装置によれば、外部電源と車両とを接続することで、車両に搭載された蓄電器を充電することができると共に、装置自体のコンパクト化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る接続装置を用いて充電されるハイブリッド車両の斜視図である。図１に示されたハイブリッド車両の概略構成を示すブロック図である。本発明に係る接続装置の側断面図である。漏電防止装置の内部構成を模式的に示すブロック図である。図３に示された接続装置の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１００ハイブリッド車両、１９０給電プラグ、１９１充電部、２００接続装置、２０２軸部、２０３リールドラム、２１０固定子、２１１，２１３，２１４各接触片、２２０回転子、２２１，２２４，２２６接触ピン、２３０充電コード、２４０漏電防止装置、２４１モータ、２４４筒部、２５０収容室、２５１漏電検出器、２５２，２５３リレー、２５４ホールセンサ、２７１タイマー、３００電源プラグ、３１０電源コード、Ｂバッテリ。

本発明の実施の形態に係る車両充電用の接続装置について、図１から図４を用いて説明する。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る接続装置２００を用いて充電されるハイブリッド車両１００の斜視図であり、図２は、図１に示されたハイブリッド車両１００の概略構成を示すブロック図である。

ハイブリッド車両１００は、車輪の駆動にモータとエンジンとを併用するハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）である。

ハイブリッド車両１００は、エンジン１０４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構１０３と、バッテリＢと、コンデンサＣと、リアクトルＬと、コンバータ１１０およびインバータ１２０，１３０と車両ＥＣＵ１６０とを備えている。

動力分割機構１０３は、エンジン１０４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば、動力分割機構としては、サンギヤ、プラネタリキャリヤ、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン１０４、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン１０４のクランク軸を通すことで動力分割機構１０３にエンジン１０４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。

なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって車輪１０２に結合されている。また動力分割機構１０３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組み込んでもよい。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンによって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド自動車に組み込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド自動車の駆動輪を駆動する電動機としてハイブリッド自動車に組み込まれる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、たとえば、三相交流同期電動機である。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２はＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルからなる三相コイルをステータコイルとして含む。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン出力を用いて三相交流電圧を発生し、その発生した三相交流電圧をインバータ１２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ１２０から受ける三相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジンの始動を行なう。

モータジェネレータＭＧ２は、インバータ１３０から受ける三相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、三相交流電圧を発生してインバータ１３０へ出力する。

バッテリＢは、たとえば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、鉛蓄電池等の二次電池を用いることができる。また、バッテリＢに代えて大容量の電気二重層コンデンサを用いることもできる。

そして、このハイブリッド車両１００は、家庭用電源などによってバッテリＢを充電可能なように、車両の外壁に充電部１９１が設けられている。

そして、充電部１９１とバッテリＢとの間には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４０と、切替機構１５０とが設けられている。ＡＣ／ＤＣコンバータ１４０は、充電部１９１から供給された交流電流を直流電流に変換すると共に、所定の電圧とする。切替機構１５０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４０とバッテリＢとの間に設けられ、車両ＥＣＵ１６０から信号に基づいて、ＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。

この図１に示す例においては、充電部１９１は、フロントフェンダに設けられているが、充電部１９１の配置箇所としては、当該位置に限られない。充電部１９１は、給電プラグ１９０が接続される差込部と、フロントフェンダ等の外壁部に開閉可能に設けられた蓋部とを備えている。そして、接続装置２００の給電プラグ１９０を差込部に接続することで、バッテリＢを充電することができる。

図３は、本発明に係る接続装置２００の側断面図である。この図３に示すように、接続装置２００は、外部の家庭用電源などに接続される電源プラグ３００と、電源プラグ３００に接続された電源コード３１０と、上記ハイブリッド車両１００の充電部１９１に接続される給電プラグ１９０と、この給電プラグ１９０に接続された長尺な充電コード２３０とを備えている。

そして、家庭用電源などの電源に電源プラグ３００を接続した状態で、給電プラグ１９０を充電部１９１に接続することで、電源から供給された電力が給電プラグ１９０を介しハイブリッド車両１００に供給されることになる。

接続装置２００は、軸部２０２と、この軸部２０２に回転可能に設けられ、外周面に充電コード２３０が巻回されるリールドラム２０３とを備える。

リールドラム２０３は、軸部２０２の中心軸線Ｏ方向に間隔を隔てて設けられた円板状の側壁部と、各側壁部を接続すると共に、中心軸線Ｏを中心とする円筒状の筒部２４４とを備えている。そして、筒部２４４の外周面上に充電コード２３０が巻回されている。各側壁部は、筒部２４４よりも径方向外方側にまで達し、筒部２４４上に巻回された充電コード２３０を側方から支持可能となっている。

筒部２４４内は、各種機器を収容可能な収容室２５０となっており、この図３に示す例においては、漏電を防止する漏電防止装置２４０やモータ２４１が収容されている。

モータ２４１は、リールドラム２０３の内周面に形成されたギヤ部２４３と噛合するギヤを回転させて、リールドラム２０３を回転させる。これにより、リールドラム２０３に巻回された充電コード２３０を外部に送り出したり、引き出された充電コード２３０を巻き取ったりすることができる。

このように、各種機器を収容室２５０内に収容することで、デッドスペースの有効利用を図ることができ、結果として、接続装置２００のコンパクト化を図ることができる。

軸部２０２の両端部には、側壁部２０１が固定されており、この側壁部２０１には、図示されない脚部等が設けられ、接続装置２００を地面に設置可能となっている。

そして、接続装置２００は、電源プラグ３００および電源コード３１０と、給電プラグ１９０および充電コード２３０とを電気的に接続する接続機器を備えており、この接続機器も、収容室２５０内に収容されている。

具体的には、接続装置２００は、軸部２０２の周面に固定された固定子２１０と、この固定子２１０に対して中心軸線Ｏ方向に間隔を隔てて配置され、軸部２０２に回転可能に設けられた回転子２２０とを備えている。固定子２１０および回転子２２０は、いずれも収容室２５０内に収容され、回転子２２０はリールドラム２０３の内壁面に固定されている。

中心軸線Ｏ方向に配列する固定子２１０の両端面のうち、回転子２２０の端面と対向する端面には、接触片（端子部）２１１，２１３，２１４，２１５が設けられている。各接触片２１１，２１３，２１４，２１５は、中心軸線Ｏを中心に円環状に形成されており、いずれも、導電性の金属材料によって構成されている。なお、接触片（第１信号端子部）２１４は、他の接触片（第１端子部）２１１，２１３，２１５よりも径方向外方側に位置している。

そして、接触片２１１，２１３には漏電防止装置２４０から引き出された電力線が接続されると共に、漏電防止装置２４０には電源コード３１０が接続され、接触片２１１，２１３には外部電源からの電流が流れる。その一方で、接触片２１４には、漏電防止装置２４０から引き出された信号線が接続されている。さらに、接触片２１５には、接地線が接続されている。なお、この接地線は、漏電防止装置２４０および電源コード３１０を介して電源プラグ３００に接続されている。

中心軸線Ｏ方向に配列する回転子２２０の端面のうち、固定子２１０と対向する端面には、径方向に間をあけて接触ピン２２１，２２４，２２８，２２６が設けられている。各接触ピン２２１，２２４，２２８，２２６は、上記端面に形成された穴部内に挿入されており、ばね部材２２３，２２５，２２９，２２７によって、接触片２１１，２１３，２１５，２１４に向けて付勢され、各接触ピン２２１，２２４，２２８，２２６の先端部は、接触片２１１，２１３，２１５，２１４と接触している。これにより、各接触ピン２２１，２２４，２２８，２２６と各接触片２１１，２１３，２１５，２１４とは互いに電気的に接続される。なお、接触ピン２２１，２２４，２２８，２２６も導電性の金属材料によって構成されている。

回転子２２０内には、各接触ピン２２１，２２４，２２８，２２６に接続された配線が埋設されており、各配線は充電コード２３０の一方の端部に接続され、充電コード２３０を介して、充電コード２３０の他方の端部に設けられた給電プラグ１９０に接続されている。そして、給電プラグ１９０が充電部１９１に接続されることで、接触ピン２２１，２２４はバッテリＢに電気的に接続され、接触ピン２２６は車両ＥＣＵ１６０に電気的に接続される。

接触ピン２２１，２２４と電気的に接続される接触片２１１，２１３は、漏電防止装置２４０を介して電源コード３１０の一方の端部に接続され、さらに、電源コード３１０を介して電源コード３１０の他方の端部に設けられた電源プラグ３００に接続されている。接触ピン２２６と電気的に接続される接触片２１４は漏電防止装置２４０に接続されている。

そして、外部電源からの電力は、電源プラグ３００から漏電防止装置２４０に供給され、その後、接触片２１１，２１３および接触ピン２２１，２２４を介して、充電コード２３０および給電プラグ１９０に供給される。また、漏電防止装置２４０からの信号は、接触片２１４、接触ピン２２６、および充電コード２３０を介して給電プラグ１９０に送信される。

ここで、充電コード２３０を引き出したり、巻き取ったりするときには、回転子２２０およびリールドラム２０３が回転し、回転子２２０は固定子２１０に対して相対的に回転する。このため、各接触ピン２２１，２２４，２２８，２２６は、接触片２１１，２１３，２１５，２１４と接触しながら、接触片２１１，２１３，２１５，２１４の延在方向に進む。

電力線が接続された接触片２１１および接触片２１３よりも接触片２１５，２１４が固定子２１０の外周側に配置されると共に、接触ピン２２１，２２４よりも接触ピン２２８，２２６が回転子２２０の外側に配置されている。このため、リールドラム２０３が一回転する間に接触片２１１，２１３と接触ピン２２１，２２４とが接触した状態で進む距離は、接触片２１４と接触ピン２２６とが接触した状態で進む距離よりも短くなっている。これにより、リールドラム２０３が一回転する間に、接触片２１４と接触ピン２２６との間に生じる摩擦力より接触片２１１，２１３と接触ピン２２１，２２４との間に生じる摩擦力を低く抑えることができる。そして、接触片２１１，２１３および接触ピン２２１，２２４の経時的劣化を抑制することができ、動力線の導通を長期間確保できると共に、接触片２１１，２１３と接触ピン２２１，２２４との磨耗に伴う電気的抵抗の上昇を抑制することができる。その一方で、信号線を流れる電流量は動力線を流れる電流量と比較すると少なく、接触片２１４と接触ピン２２６とが接触しておれば、漏電防止装置２４０からの信号をハイブリッド車両１００に伝達させることができる。

そこで、この図３に示す例においては、接触片２１４よりも接触片２１３および接触片２１２を径方向内方側に位置させると共に、接触ピン２２１，２２４を接触ピン２２６より径方向内方側に位置させている。

このように、固定子２１０、回転子２２０、接触片２１１，２１３，２１５，２１４および接触ピン等によって、電源プラグ３００と給電プラグ１９０とを電気的に接続する接続機器が構成されており、このような接続機器をも収容室２５０内に収容することで、接続装置２００自体のコンパクト化が図られている。

漏電防止装置２４０およびモータ２４１は、固定子２１０に固定されているため、たとえば、充電コード２３０を引き出すときや充電コード２３０を巻回収容する際に、漏電防止装置２４０およびモータ２４１がリールドラム２０３の回転と共に回転することがなく、漏電防止装置２４０およびモータ２４１の損傷の抑制が図られている。なお、漏電防止装置２４０およびモータ２４１を軸部２０２に固定するようにしてもよい。

図４は、漏電防止装置２４０の内部構成を模式的に示すブロック図である。この図４に示すように、漏電防止装置２４０は、ＥＣＵ２７０と、リレー２５２，２５３およびホールセンサ２５４を含む漏電検出器２５１と、電源コード３１０から供給される交流電流を変換して、ＥＣＵ２７０およびモータ２４１に供給する変換装置２６０とを備えている。漏電検出器２５１および変換装置２６０のいずれも、固定子２１０または軸部２０２に固定されている。

ホールセンサ２５４は漏電時に、電圧信号をＥＣＵ２７０に送信する。ＥＣＵ２７０は、ホールセンサ２５４からの電圧信号を受信すると、リレー２５２，２５３を切り離す。変換装置２６０は、ＡＣ／ＤＣコンバータであって、電圧を所定電圧にまで引き下げると共に、交流電力を直流電力に変換して、ＥＣＵ２７０およびモータ２４１に駆動電力として供給する。

ＥＣＵ２７０は、外部電源から供給された電力の電圧および電流量をハイブリッド車両１００に搭載された車両ＥＣＵ１６０に送信する。そして、車両ＥＣＵ１６０は、送信された情報に基づいて、ハイブリッド車両１００に搭載されたＡＣ／ＤＣコンバータ１４０の駆動を制御して、所定電圧の直流電流に変換する。そして、変換された電流はその後、バッテリＢに供給される。

さらに、ＥＣＵ２７０は、タイマー２７１を備えている。タイマー２７１は、予め使用者によって設定された所定の時間帯になるまでの間、リレー２５２，２５３をＯＦＦとすると共に、ハイブリッド車両１００の車両ＥＣＵ１６０に信号を送信しない。そして、タイマー２７１は、所定の時間帯になったときに車両ＥＣＵ１６０に信号を送信すると共に、リレー２５２，２５３をＯＮとする。これにより、電源プラグ３００が外部電源に接続され、給電プラグ１９０が充電部１９１に接続されたとしても、車両ＥＣＵ１６０は、所定の時間帯になるまでの間、ＥＣＵ２７０からの信号を受信しないことになる。これにより、車両ＥＣＵ１６０は、ＥＣＵ２７０から信号を受信する所定の時間帯まで充電するための制御を開始せず、所定の時間帯になってから充電駆動を開始することになる。

そして、車両ＥＣＵ１６０は、ＥＣＵ２７０からの信号を受信することで、切替機構１５０に切替信号ＣＮＴＬ１を送信して、切替機構１５０をＯＮとすると共に、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４０に駆動信号ＣＮＴＬ２を送信して、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４０を駆動させる。これにより、たとえば、電気料金の安い夜間においてバッテリＢを充電することができる。

なお、図５は、上記図３に示された接続装置２００の変形例を示す断面図である。この図５に示す例においては、漏電防止装置２４０は、回転子２２０の外周面に装着されている。このように、漏電防止装置２４０を回転子２２０側に設けることで、漏電防止装置２４０のＥＣＵ２７０から引き出される信号線を充電コード２３０に直接接続することができ、固定子２１０と回転子２２０との間に信号線用の端子部を設ける必要がなく、部品点数の低減を図ることができる。

なお、この図５に示す例においても、電力線が接続される接触片２１１，２１３の方が接地線が接続される接触片２１５よりも径方向内方側に配置されている。そして、接触ピン２２１，２２４，２２８は、漏電防止装置２４０に電気的に接続されている。

上記のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。さらに、上記数値などは、例示であり、上記数値および範囲にかぎられない。

本発明は、車両に接続される接続プラグおよび電源に接続される電源プラグを有し、外部電源からの電力を車両に供給するための接続装置に好適である。

Claims

軸部（２０２）と、
内部に収容部（２５０）が規定され、前記軸部を中心に回転可能に設けられたドラム（２０３）と、
前記軸部に固定され、前記収容部内に収容された固定子（２１０）と、
前記ドラムに固定され、前記軸部を中心に回転可能に設けられると共に、前記固定子と間隔をあけて前記収容部内に収容された回転子（２２０）と、
前記固定子に設けられた第１端子部（２１１，２１３）と、
前記回転子に設けられ、前記第１端子部と接触する第２端子部（２２１，２２４）と、
前記ドラムに巻回され、車両に接続される接続プラグ（１９０）が一方の端部に設けられ、他方の端部が前記第２端子部に電気的に接続された接続コード（２３０）と、
外部電源に接続される電源プラグ（３００）が一方の端部に設けられた電源コード（３１０）と、
前記電源コードの他方の端部および前記第１端子部に接続され、前記収容部内に収容された漏電検出器（２５１）と、
を備えた接続装置。
前記漏電検出器は前記固定子または前記軸部に固定された、請求の範囲第１項に記載の接続装置。
前記収容部内に収容され、前記漏電検出器の駆動を制御する制御部（２７０）と、
前記固定子に設けられ、前記制御部に電気的に接続された第１信号端子部（２１４）と、
前記回転子に設けられ、前記第１信号端子部と接触すると共に前記接続プラグに電気的に接続された第２信号端子部（２２６）と、
をさらに備え、
前記固定子と前記回転子とは、前記軸部の軸方向に配列する端面同士が互いに対向するように配置され、
前記第１端子部および前記第１信号端子部は、前記固定子のうち前記回転子と対向する端面に設けられ、前記軸部を中心として環状に延びる環状の金属リングとされ、
前記第２端子部および前記第２信号端子部は、前記回転子のうち前記固定子と対向する端面に設けられ、
前記第１信号端子部は前記第１端子部より外側に位置し、前記第２信号端子部は前記第２端子部より外側に位置する、請求の範囲第１に記載の接続装置。
前記収容部内に収容され、前記漏電検出器の駆動を制御する制御部（２７０）をさらに備え、
前記制御部は、予め入力された時間帯で前記接続プラグが接続された前記車両に電力を供給するタイマー機構（２７１）を含む、請求の範囲第項１に記載の接続装置。
前記ドラムを回転させる回転電機と、
前記電源コードから供給される交流電力を直流電力に変換して、前記回転電機の駆動電力として供給する変換器（２６０）とをさらに備え、
前記回転電機および前記変換器は、前記ドラム内に収容された、請求の範囲第１項に記載の接続装置。
前記収容部内に収容され、前記漏電検出器の駆動を制御する制御部（２７０）をさらに備え、前記制御部と前記漏電検出器とは前記回転子に固定された、請求の範囲第１項に記載の接続装置。