JP2013138570A - 高電圧機器 - Google Patents

Abstract

【課題】インターロック機構を簡素化して、製造コストを削減するとともに、小型化を図る。
【解決手段】車両に搭載される高電圧機器１０は、インターロック用の貫通孔３６が形成された筐体３０と、筐体３０に締結部材３８を介して着脱可能に取り付けられ、筐体３０の開口を覆って内部を保護するプロテクタ３２と、貫通孔３６に着脱可能に挿入され、制御基板３４に設けられる内部コネクタ４８に結合するインターロックコネクタ５０とを有する。インターロックコネクタ５０は、張り出しのブラケット５８を含む。インターロックコネクタ５０と内部コネクタ４８との接続時に、インターロック回路の導通が達成されるとともにブラケット５８が外側から締結部材を覆ことで、安全対策が施される。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の電動機に電気的に接続される高電圧機器に関し、特にこの機器のインターロック機構の改良に関する。

近年、環境問題を考慮して、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車などのように、電動機の出力により走行する車両が注目されている。このような車両には、電動機に接続される電源として充放電可能なバッテリとともに、電動機とバッテリの間で授受される電力を制御するインバータ装置などの高電圧機器が搭載されている。

この高電圧機器の点検又は整備作業は、通常、高電圧機器の筐体から、筐体内部の高電圧領域を保護するプロテクタを外して行われるため、電気事故に対する安全対策が施されている。この安全対策として、筐体からプロテクタを外すと高電圧機器に供給される電力を遮断するインターロック回路を設ける場合がある。

下記特許文献１には、高電圧ユニットが収納される本体と、本体表面に設けられた第１及び第２の開口と、これらの開口をそれぞれ覆う第１及び第２の蓋とを有する高圧ユニットケースが記載されている。第１及び第２の蓋には、それぞれ第１及び第２のインターロックコネクタが設けられている。そして、第２のインターロックコネクタが第１の開口に延びるように第２の蓋が第２の開口に取り付けられるとともに、第１のインターロックコネクタが第２のインターロックコネクタと導通部材を介して導通するように第１の蓋が第１の開口に取り付けられることで、インターロックスイッチがオフになるように構成されている。

特開２０１０−２４６３２１号公報

上記特許文献１のようなインターロック回路は、２つの開閉蓋と、これらの開閉蓋にそれぞれ取り付けられる２つのインターロックコネクタと、２のインターロックを導通させる導通部材とにより構成される。このような構成では、構造が複雑になり作業工数がかかってしまうとともに、当然に製造コストが上昇してしまう。

また、一般的に、自動車などにインバータ装置が搭載される場合においては、車両内の設置スペースに余裕がないなどの理由から、インバータ装置の小型化が図られている。しかしながら、上記のような構成では、構造が複雑化して部品が増加するため、小型化が困難になってしまうという問題がある。

本発明の目的は、インターロック機構を簡素化して、製造コストを削減するとともに、小型化を図ることができる高電圧機器を提供することにある。

本発明は、車両に搭載される高電圧機器において、インターロック用の貫通孔が形成された高電圧機器の筐体と、筐体に締結部材を介して着脱可能に取り付けられ、筐体の開口を覆って内部を保護するプロテクタと、前記貫通孔に着脱可能に挿入され、高電圧機器の制御基板に設けられる内部コネクタに結合するインターロックコネクタと、を有し、インターロックコネクタは、張り出しのブラケットを含み、インターロックコネクタと内部コネクタとの接続時に、インターロック回路の導通が達成されるとともにブラケットが外側から締結部材を覆うことを特徴とする。

また、インターロックコネクタは、筐体に収容される高電圧機器の制御基板と、車両を制御する制御部とを電気的に接続するラインに設けることができる。

また、前記ラインはワイヤーハーネスであり、インターロックコネクタは、ワイヤーハーネスの一部として構成されることができる。

本発明の高電圧機器によれば、インターロック機構を簡素化して、製造コストを削減するとともに、小型化を図ることができる。

本実施形態に係る電気自動車の構成を示す図である。 本実施形態に係る高電圧機器の構成を示す図である。 本実施形態に係る高電圧機器の構成を示す斜視図である。 内部コネクタとインターロックコネクタの接続状態を示す詳細図である。

以下、本発明に係る高電圧機器の実施形態について、図を用いて説明する。一例として、電動機の出力で走行する電気自動車を挙げ、この自動車に搭載される高電圧機器について説明する。なお、本発明は、電気自動車に限らず、内燃機関と電動機との出力で走行する車両、すなわちハイブリッド車両用の高電圧機器、または燃料電池車両用の高電圧機器にも適用できる。

まず、本実施形態に係る高電圧機器１０を搭載する電気自動車１２の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る電気自動車１２の構成を示す図である。

電気自動車１２は、原動機として電動機１４を有する。電動機１４には、動力伝達機構１６を介して駆動輪１８が接続される。電動機１４の動力は、動力伝達機構１６を介して、駆動輪１８に伝達され、電気自動車１２が走行する。

また、電気自動車１２は、パワーコントロールユニット（以下、「ＰＣＵ（Power Control Unit）」と記す）２０と、バッテリ２２とを有する。電動機１４は、ＰＣＵ２０を介してバッテリ２２に電気的に接続される。

この電気自動車１２に搭載されるＰＣＵ２０は、例えば数百Ｖもの高電圧が印加される高電圧機器１０に対応し、コンバータとインバータ（ともに図示せず）とを含む。インバータは、６個のスイッチング素子を含む三相ブリッジ回路を有し、これらのスイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする装置である。コンバータは、リアクトルとスイッチング素子とを有し、スイッチング素子のスイッチング動作によりリアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出とを繰り返し、入力電圧を変換して出力電圧を得る装置である。なお、本実施形態においては、ＰＣＵ２０がインバータとコンバータとを含む場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、ＰＣＵ２０がコンバータまたはインバータのいずれか一方であってもよい。

バッテリ２２は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリなどで構成される。もちろん、バッテリ２２が、二次電池以外の充放電可能な蓄電器、例えばキャパシタで構成されてもよい。

バッテリ２２に蓄えられた電力は、ＰＣＵ２０により昇圧されるとともに直流から交流に変換された後に、電動機１４に供給され、電動機１４を駆動する。また、回生時に電動機１４により発電された電力は、ＰＣＵ２０により交流から直流に変換されるとともに降圧された後に、バッテリ２２に送られて蓄えられる。

次に本実施形態の高電圧機器１０の構成について、図２を用いて説明する。図２は、高電圧機器１０の構成を示す図である。高電圧機器１０は、高電圧機器１０の筐体３０と、筐体３０に着脱可能に取り付けられるプロテクタ３２とを有する。

筐体３０には、高電圧機器１０とともに高電圧機器１０を制御する制御基板３４が収容される。また、筐体３０には、インターロック用の貫通孔３６が形成される。

プロテクタ３２は、筐体３０の開口を覆って内部を保護する部材であり、締結部材３８（図３に示す）を介して筐体３０に締結される。本実施形態に係るプロテクタ３２は、筐体３０内に設けられる、高電圧機器１０と電動機１４とを電気的に接続する端子（図示せず）を保護する部材である。しかし、本発明はこの構成に限定されず、作業中の電気事故を防止することができるのであれば、筐体３０内の他の高電圧領域、例えば高電圧機器１０と外部機器（バッテリ２２）の端子を保護してもよい。

また、高電圧機器１０は、制御基板３４と、電気自動車１２を制御する制御部４０とを電気的に接続して、これらの間の信号の伝送を行うケーブルである信号ライン４２を有する。制御部４０は、ＥＣＵ（Electronically Control Unit）であり、電気自動車１２の状況に応じて高電圧機器１０及び電動機１４を制御する。なお、車両がハイブリッド車両の場合、制御部４０は、ハイブリッドＥＣＵ又はエンジンＥＣＵの少なくとも一つとすることもできる。

また、高電圧機器１０は、制御基板３４とバッテリ２２とを電気的に接続して、これらの間の信号の伝送を行うケーブルである信号ライン４４を有する。信号ライン４２，４４は、ワイヤーハーネスであり、制御基板３４への経路の途中に信号用コネクタ４６を有する。信号用コネクタ４６は、筐体３０との接続時において露出している側のコネクタの受け口（図示せず）に着脱可能に取り付けられる。信号用コネクタ４６の接続により、制御基板３４と制御部４０間における信号ライン４２の導通と、制御基板３４とバッテリ２２間における信号ライン４４の導通が達成される。

また、高電圧機器１０は、制御基板３４に設けられた内部コネクタ４８と、貫通孔３６に着脱可能に挿入され、この内部コネクタ４８に結合可能なインターロックコネクタ５０とを有する。内部コネクタ４８は、制御基板３４内のインターロック回路（図２の破線）で信号ライン４２，４４に接続されている。インターロックコネクタ５０は、インターロック回路を導通させる導電体を有し、インターロックコネクタ５０と内部コネクタ４８が結合した場合、インターロック回路の導通が達成されて、制御部４０からバッテリ２２までの回路の導通が達成される。一方、インターロックコネクタ５０と内部コネクタ４８とが分離した場合、インターロック回路の導通が遮断される。そして、この導通の遮断により、高圧電気機器１０への電源供給が停止される。この電源供給の停止指令は、信号ライン４２を介して導通の遮断を検出した制御部４０がバッテリ２２に対して出力することができる。

なお、本実施形態においては、インターロック回路が、信号ライン４２から内部コネクタ４８とインターロックコネクタ５０を介して、信号ライン４４まで結ぶように構成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、信号ライン４２，４４の間に、さらに、制御基板３４に設けられるその他のコネクタ、例えば、電源系のコネクタや駆動系のコネクタを介するように構成されてもよい。

次に、筐体３０とプロテクタ３２とインターロックコネクタ５０との接続構造について、図３，４を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る高電圧機器１０の構成を示す斜視図であり、図４は、内部コネクタ４８とインターロックコネクタ５０の接続状態を示す詳細図である。

高電圧機器１０は、プロテクタ３２を筐体３０に締結する締結部材３８を有する。締結部材３８は、例えばボルトである。筐体３０は、締結部材３８がねじ込まれるねじ孔５２が形成された取付座５４を４個有する。プロテクタ３２には、取付座５４に対応し、締結部材３８を挿入する挿入孔５６が４個形成される。なお、取付座５４及び挿入孔５６の数は一例であって、本発明は、取付座５４及び挿入孔５６の数４個に限定されない。このように構成される高電圧機器１０においては、まず、プロテクタ３２が筐体３０の開口を覆うようにプロテクタ３２の位置が決定され、締結部材３８が挿入孔５６を通してねじ孔５２にねじ込まれることで、プロテクタ３２が筐体３０に取り付けられ固定される。

本実施形態に係るインターロックコネクタ５０は、外方に張り出したブラケット５８を有する。ブラケット５８は、インターロックコネクタ５０と内部コネクタ４８の接続時に、締結部材３８を覆うように形成される。言い換えれば、ブラケット５８は、インターロックコネクタ５０と内部コネクタ４８の接続時に、挿入孔５６を外部から覆うように形成される。図３においては、ブラケット５８は、１個の締結部材３８を覆うように形成されているが、本発明はこの構成に限定されず、ブラケット５８が、２個以上の締結部材３８を覆うように形成されてもよい。

図４に示されるように、インターロックコネクタ５０は、筐体３０の貫通孔３６に挿入され、制御基板３４に設けられる内部コネクタ４８に接続される。この接続により、インターロック回路が導通する。また、このとき、貫通孔３６の隙間は、シール６０により封止されて、筐体３０が密閉される。

上述したようにインターロックコネクタ５０には、インターロック回路を構成する導電体が設けられている。よって、インターロックコネクタ５０を筐体３０から外すとインターロック回路の動作により、高電圧機器１０に供給される電力が遮断される。さらに、本実施形態のインターロックコネクタ５０には、締結部材３８を覆うブラケット５８が設けられている。このような簡易な構成により、インターロックコネクタ５０をプロテクタ３２から取り外さない限り、締結部材３８を緩めて筐体３０からプロテクタ３２を取り外すことができなくなる。つまり、高電圧機器１０の点検又は整備作業をするためにプロテクタ３２を筐体３０から取り外す際、必ずインターロックコネクタ５０がプロテクタ３２から外されるので、高圧電気機器１０への電源供給が停止される、すなわち安全対策が確実に施される。よって、車両のユーザまたは保守員が誤って、筐体３０内の高電圧が印加された部位に触れてしまうことを防止することができ、結果として作業安全性の向上を図ることができる。そして、このような安全性の向上が、上述のような簡易な構成により実現できるので、製造コストを削減するとともに、小型化も図ることができる。

本実施形態においては、インターロックコネクタ５０が、制御基板３４のインターロック回路の一部を構成する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。インターロックコネクタ５０は、制御基板３４と制御部４０とを電気的に接続する信号ライン４２に設けることができる。すなわち、本実施形態における信号用コネクタ４６に、締結部材３８を覆うブラケット５８を設けることにより、インターロックコネクタ５０として代用することができる。

１０ 高電圧機器、１２ 電気自動車、１４ 電動機、１６ 動力伝達機構、１８ 駆動輪、２０ ＰＣＵ、２２ バッテリ、３０ 筐体、３２ プロテクタ、３４ 制御基板、３６ 貫通孔、３８ 締結部材、４０ 制御部、４２，４４ 信号ライン、４６ 信号用コネクタ、４８ 内部コネクタ、５０ インターロックコネクタ、５２ ねじ孔、５４ 取付座、５６ 挿入孔、５８ ブラケット、６０ シール。

Claims (3)

1. 車両に搭載される高電圧機器において、
   インターロック用の貫通孔が形成された高電圧機器の筐体と、
   筐体に締結部材を介して着脱可能に取り付けられ、筐体の開口を覆って内部を保護するプロテクタと、
   前記貫通孔に着脱可能に挿入され、高電圧機器の制御基板に設けられる内部コネクタに結合するインターロックコネクタと、
   を有し、
   インターロックコネクタは、張り出しのブラケットを含み、
   インターロックコネクタと内部コネクタとの接続時に、インターロック回路の導通が達成されるとともにブラケットが外側から締結部材を覆う、
   ことを特徴とする高電圧機器。
2. 請求項１に記載の高電圧機器において、
   インターロックコネクタは、筐体に収容される高電圧機器の制御基板と、車両を制御する制御部とを電気的に接続するラインに設けられる、
   ことを特徴とする高電圧機器。
3. 請求項２に記載の高電圧機器において、
   前記ラインはワイヤーハーネスであり、インターロックコネクタは、ワイヤーハーネスの一部として構成される、
   ことを特徴とする高電圧機器。

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