JP2022117752A - 電力制御ユニットのケーブル接続部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電力制御ユニットの下方に配置されるケーブル側コネクタを上方側からユニット側コネクタに容易に固定することができる電力制御ユニットのケーブル接続部構造を提供する。【解決手段】ケーブル接続部は、電力制御ユニット１０、ユニット側コネクタ１９、ケーブル側コネクタ２０備えている。ユニット側コネクタ１９は、電力制御機器の給電通路に接続されるとともに、ユニットケース１４の下方に向く第１接続端子２２を有する。ケーブル側コネクタ２０は、給電ケーブル１３に接続されるとともに、ユニットケース１４の下方から第１接続端子２２に接続される第２接続端子２３を有する。ケーブル側コネクタ２０は、コネクタケース３３と、コネクタケース３３に固定され軸部４０ａがユニットケース１４の一部を下方から上方に貫通するボルト４０を有する。ユニットケース１４を貫通したボルト４０の軸部４０ａには上方からナット４５が締め込まれる。【選択図】図４

Description

本発明は、車両に搭載される電力制御ユニットのケーブル接続部構造に関するものである。

ハイブリッド車や電気自動車の多くは、駆動用のモータの収容されるモータケースの上部に電力制御ユニット（ＰＣＵ）が取り付けられている。電力制御ユニットは、バッテリの直流電力をモータの駆動に適した高圧の交流電力に変換するとともに、モータで発電した交流電力を降圧し、かつ直流電力に変換してバッテリに充電する。バッテリは、通常、電力制御ユニットから離間した位置に配置されており、バッテリと電力制御ユニットの間は、給電ケーブルによって接続されている（例えば、特許文献１参照）。

電力制御ユニットの内部の給電通路と給電ケーブルとはコネクタ（ユニット側コネクタ、及び、ケーブル側コネクタ）によって電気的に接続されている。ケーブル側コネクタはユニット側コネクタにピンの差込等によって電気的に接続され、コネクタ同士はボルト締結等によって相互に固定される。

特開２０１９－９９００３号公報

上記の電力制御ユニットのケーブル接続部構造では、ケーブル側コネクタをユニット側コネクタにピンの差込等によって電気的に接続した後に、コネクタ同士をボルト締結等によって固定する必要がある。このため、給電ケーブルが電力制御ユニットの下方から引き出される場合には、電力制御ユニットの下方からコネクタ同士の締結作業を行わなければならない。しかし、例えば、電力制御ユニットがエンジンルーム（フロントコンパートメント）内の後部寄りに配置される場合等には、電力制御ユニットの下方からコネクタ同士の締結作業を行うことが難しいことがある。この場合、電力制御ユニットと給電ケーブルの接続箇所を別の位置に移すことになるが、バッテリの配置がエンジンルーム（フロントコンパートメント）よりも後方であるときには、給電ケーブルの引き回し長さが必要以上に長くなり好ましくない。

そこで本発明は、電力制御ユニットの下方に配置されるケーブル側コネクタを上方側からユニット側コネクタに容易に固定することができる電力制御ユニットのケーブル接続部構造を提供しようとするものである。

本発明に係る電力制御ユニットのケーブル接続部構造は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
即ち、本発明に係る電力制御ユニットのケーブル接続部構造は、電力を制御する電力制御ユニット（例えば、実施形態の電力制御ユニット１０）と、前記電力制御ユニットから下方に引き出される給電ケーブル（例えば、実施形態の給電ケーブル１３）とを接続する電力制御ユニットのケーブル接続部構造であって、電力制御機器（例えば、実施形態の電力制御機器１５）、及び、当該電力制御機器を収容するユニットケース（例えば、実施形態のユニットケース１４）を有する前記電力制御ユニットと、前記ユニットケースの内部で前記電力制御機器の給電通路（例えば、実施形態のバスバー２１）に接続されるとともに、前記ユニットケースの下方に向く第１接続端子（例えば、実施形態の第１接続端子２２）を有するユニット側コネクタ（例えば、実施形態のユニット側コネクタ１９）と、前記給電ケーブルに接続されるとともに、前記ユニットケースの下方から前記第１接続端子に接続される第２接続端子（例えば、実施形態の第２接続端子２３）を有するケーブル側コネクタ（例えば、実施形態のケーブル側コネクタ２０）と、を備え、前記ケーブル側コネクタは、前記第２接続端子を支持するコネクタケース（例えば、実施形態のコネクタケース３３）と、前記コネクタケースに固定されるとともに、軸部（例えば、実施形態の軸部４０ａ）が前記ユニットケースの一部を下方から上方に貫通するボルト（例えば、実施形態のボルト４０）と、を有し、前記ケーブル側コネクタは、前記ユニットケースを貫通した前記軸部に上方からナット（例えば、実施形態のナット４５）が締め込まれることにより、前記ユニットケースと前記ユニット側コネクタとに固定されていることを特徴とする。

上記の構成により、電力制御ユニットに給電ケーブルを接続する場合には、ユニット側コネタクを予めユニットケースに取り付けておき、ケーブル側コネクタのボルトの軸部を、ユニットケースの一部に下方から上方側に向かって貫通させる。この状態でユニットケースを貫通した軸部にユニットケースの上方側からナットを締め込むと、ケーブル側コネクタが上方側に引き上げられ、ユニットケースとユニット側コネクタとに固定される。

前記ユニットケースは、前記電力制御機器を収容し、前記給電通路と前記第１接続端子との接続部の上方が開口するケース本体（例えば、実施形態のロアケース１４Ｌ、及び、アッパケース１４Ｕ）と、前記ケース本体の上方を覆うケースカバー（例えば、実施形態のケースカバー１４Ｃ）と、を備え、前記給電通路は、前記ケース本体の上方の開口（例えば、実施形態の開口１６）を通して、前記第１接続端子と接続可能とされるようにしても良い。

この場合、ケースカバーをケース本体に取り付ける前に、ケース本体の開口を通して、電力制御機器の給電通路をユニット側コネクタの第１接続端子に上方側から容易に接続することができる。

前記ケーブル側コネクタは、前記コネクタケースの内部に収容され、前記給電ケーブルを径方向外側から挟持する複数のリテーナブロック（例えば、実施形態のリテーナブロック３２Ａ，３２Ｂ）を備え、前記リテーナブロックと前記コネクタケースには、前記ボルトの前記軸部に前記ナットが締め込まれたときに、前記コネクタケースの上方変位に応じて前記リテーナブロックを径方向内側に押し付けるカム面（例えば、実施形態のテーパ面４２，４３）が設けられるようにしても良い。

この場合、ケーブル側コネクタのボルトの軸部がユニットケースを上方に貫通し、その状態で軸部にナットが締め込まれると、ケーブル側コネクタのコネクタケースが次第に上方側に引き上げられる。これにより、カム面を通してコネクタケースからリテーナブロックに押圧力が作用し、リテーナブロックが径方向内側に押し付けられる。この結果、給電ケーブルが複数のリテーナブロックによって強固に固定され、車両走行に伴う給電ケーブルの大きな振れが抑制される。したがって、本構成を採用した場合には、給電ケーブルの振れを抑制するための支持部材を電力制御ユニットに別途取り付ける必要がなくなる。

本発明に係るケーブル接続部構造は、ケーブル側コネクタに固定されたボルトの軸部を、電力制御ユニットのユニットケースに下方から上方側に貫通させ、ユニットケースの上方側からボルトの軸部にナットを締め込むことにより、ユニット側コネクタにケーブル側コネクタを接続した状態でケーブル側コネクタを電力制御ユニットとユニット側コネクタとに固定することができる。したがって、本発明を採用した場合には、電力制御ユニットの下方に配置されるケーブル側コネクタを上方側からユニット側コネクタに容易に固定することができる。

実施形態の電力制御ユニットとモータユニットの組付体を搭載した車両の平面図。 実施形態の電力制御ユニットの図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図。 実施形態の電力制御ユニットのケースカバーを取り去った斜視図。 実施形態の電力制御ユニットと給電ケーブルの接続部を示す断面図。 実施形態のユニット側コネクタとケーブル側コネクタの分解斜視図。 実施形態のケーブル側コネクタの図５のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図。 実施形態のケーブル側コネクタの図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う断面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、電力制御ユニット１０とモータユニット１１の組付体を搭載した車両１の平面図である。なお、図１中の矢印ＦＲは、車両の前方を指し、矢印ＬＨは、車両の左側方を指している。
本実施形態の車両１は、図示しないエンジンとモータを備えたハイブリッド車両である。モータユニット１１は、図示しないエンジンの車幅方向外側の端部に一体に組付けられている。モータユニット１１は、モータケース１２の内部に車両駆動用のモータと発電機が収容されている。モータケース１２の上部には、電力制御ユニット１０（ＰＤＵ：Power Drive Unit）が取り付けられている。電力制御ユニット１０は、車両１に搭載された図示しない高圧バッテリ（以下、「バッテリ」と称する。）の直流電力を所定電圧に昇圧し、モータの駆動に適した交流電力に変換する。また、電力制御ユニット１０は、モータで回生発電した交流電力や発電機で発電した交流電力を直流電力に変換し、所定電圧に降圧してバッテリに充電する。

電力制御ユニット１０とモータユニット１１の組付体は、エンジンとともに乗員室の前方のエンジンルーム２（フロントコンパートメント）に配置されている。電力制御ユニット１０の後部領域の下面側には、バッテリに接続される給電ケーブル１３が接続されている。バッテリは、エンジンルーム２（フロントコンパートメント）よりも車両後方側のフロアの下方等に配置されている。

図２は、電力制御ユニット１０の図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図であり、図３は、電力制御ユニット１０の一部の部品を取り去った斜視図である。
電力制御ユニット１０は、上面視が略矩形状に形成されたユニットケース１４の内部に、インバータや電圧変換用のコンバータ、リアクトル、コンデンサー等の電力制御機器１５が収容されている。ユニットケース１４は、ロアケース１４Ｌと、ロアケース１４Ｌの上部に接合されたアッパケース１４Ｕと、アッパケース１４Ｕの上方側の開口１６を閉塞するケースカバー１４Ｃと、を備えている。本実施形態では、ロアケース１４Ｌとアッパケース１４Ｕがケース本体を構成している。アッパケース１４Ｕの後部には、図２に示すように、ロアケース１４Ｌの後端部よりも車両後方側に膨出する部分が設けられている。以下、この部分を後方膨出部１７と称する。

アッパケース１４Ｕの後方膨出部１７には、その底壁部分を後斜め下方に貫通するコネクタ取付孔１８が形成されている。コネクタ取付孔１８には、ユニット側コネクタ１９がボルト締結によって取り付けられている。ユニット側コネクタ１９には、後方膨出部１７の下面側からケーブル側コネクタ２０が接続されている。

図４は、電力制御ユニット１０と給電ケーブル１３の接続部を示す断面図である。また、図５は、ユニット側コネクタ１９とケーブル側コネクタ２０の分解斜視図である。なお、図４中のアッパケース１４Ｕとケースカバー１４Ｃの形状の一部は、図示を簡素化して理解を容易にするために、図２の実際の構造とは異なって描かれている。
ユニット側コネクタ１９は、ユニットケース１４内の電力制御機器１５にバスバー２１（給電通路）を介して接続される一対の第１接続端子２２を備えている。ケーブル側コネクタ２０は、給電ケーブル１３の端部が接続される一対の第２接続端子２３を備えている。

ユニット側コネクタ１９は、一対の第１接続端子２２が平行に配置され、これらの第１接続端子２２がモールド成形によって樹脂製のコネクタブロック２４と一体化されている。第１接続端子２２は、下方に向かって突出する接続ピン２５を備えている。接続ピン２５の下端には接続穴２５ａが形成されている。ユニット側コネクタ１９は、第１接続端子２２の接続ピン２５の下端がユニットケース１４の下方を向くように、ユニットケース１４に取り付けられている。また、第１接続端子２２の上端部は、コネクタブロック２４の上面側に露出している。電力制御機器１５に接続されたバスバー２１は、第１接続端子２２の上端部の上面に重ねられ、その状態でボルト２９によって第１接続端子２２に接続される。

コネクタブロック２４の下面側には、ケーブル側コネクタ２２の上部に設けられた突起部２６が嵌合される嵌合凹部２７が形成されている。また、コネクタブロック２４の下部寄りの外周面には、第１接続端子２２の延び方向と交差する方向に張り出す接続フランジ２８が一体に形成されている。接続フランジ２８は、コネクタブロック２４の上部領域をコネクタ取付孔１８に挿入した状態において、ユニットケース１４の下面（後方膨出部１７の下面）に図示しないボルトによって締結固定される。

ケーブル側コネクタ２０は、給電ケーブル１３に接続された一対の第２接続端子２３が樹脂製のコネクタブロック３０に保持されている。コネクタブロック３０の上部には、上方に向かって突出する上記の一対の突起部２６が設けられている。各突起部２６の上端面には、第１接続端子２２の接続ピン２５が嵌入される嵌合穴３１が形成されている。第２接続端子２３は、嵌合穴３１の底部に固定されている。第１接続端子２２の各接続ピン２５が突起部２６の嵌合穴３１内に嵌入されると、嵌合穴３１の底部に配置されている第２接続端子２３が対応する第１接続端子２２の接続穴２５ａに嵌入して接続される。

また、ケーブル側コネクタ２０は、給電ケーブル１３を挟持するための一対のリテーナブロック３２Ａ，３２Ｂを備えている。リテーナブロック３２Ａ，３２Ｂはコネクタブロック３０の下方に配置されている。リテーナブロック３２Ａ，３２Ｂとコネクタブロック３０の下部寄りの一部は、アルミニウム製のコネクタケース３３の内側に収容されている。

コネクタケース３３は、下方側が窄まった略筒状に形成され、上端部には上下方向と交差する方向に張り出す接続フランジ３８が形成されている。接続フランジ３８には軸部４０ａが上方に突出するようにボルト４０が固定されている。ボルト４０の軸部４０ａは、アッパケース１４Ｕ（ユニットケース１４）の後方膨出部１７に突設されたフランジ部１７ａ（図２参照）を下方から上方に貫通している。アッパケース１４Ｕのフランジ部１７ａを貫通したボルト４０の軸部４０ａには、ナット４５が上方側から締め込まれる。これにより、ケーブル側コネクタ２０は、アッパケース１４Ｕ（ユニットケース１４）の下面に固定されるとともに、ユニット側コネクタ１９とも固定状態が維持される。

図６は、ケーブル側コネクタ２０の図５のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図であり、図７は、ケーブル側コネクタ２０の図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う断面図である。
リテーナブロック３２Ａ，３２Ｂは、略鉛直方向に延びる平坦面を有し、その平坦面同士が隙間を挟んで相互に対向した状態においてコネクタケース３３内に配置されている。リテーナブロック３２Ａ，３２Ｂの平坦面には、給電ケーブル１３の外周面を保持するための保持溝４１が形成されている。保持溝４１は、略半円状の溝であり、リテーナブロック３２Ａ，３２Ｂの平坦面に上下方向に沿って延びている。

また、リテーナブロック３２Ａ，３２Ｂの外側面には、下方に向かって保持溝４１に近接する方向に傾斜するテーパ面４２が形成されている。一方、コネクタケース３３の下部領域には、リテーナブロック３２Ａ，３２Ｂのテーパ面４２と対向するように、これらのテーパ面４２とほぼ同角度で傾斜するテーパ面４３が形成されている。コネクタケース３３のテーパ面４３は、ボルト４０の軸部４０ａに対するナット４５の締め込みにより、コネクタケース３３が上方に引き上げられたときに、リテーナブロック３２Ａ，３２Ｂのテーパ面４２に下方から押し付けられる。このとき、テーパ面４３，４２の間に滑りが生じ、両テーパ面４３，４２によるカム作用によってリテーナブロック３２Ａ，３２Ｂ間の隙間が押し縮められる。この結果、リテーナブロック３２Ａ，３２Ｂの保持溝４１が給電ケーブル１３の外周面に押し付けられ、給電ケーブル１３がリテーナブロック３２Ａ，３２Ｂに強固に挟持されることになる。
本実施形態では、テーパ面４２，４３がリテーナブロック３２Ａ，３２Ｂとコネクタケース３３のカム面を構成している。

＜電力制御ユニットと給電ケーブルの接続＞
実際に、電力制御ユニット１０に給電ケーブル１３を接続する場合には、ユニット側コネクタ１９をユニットケース１４にボルト締結によって予め取り付けておき、ケースカバー１４Ｃをアッパケース１４Ｕの上方から取り外しておく。
この状態において、アッパケース１４Ｕの上方の開口１６を通して、ユニット側コネクタ１９の第１接続端子２２の上部にバスバー２１をボルト２９（図４参照）によって接続する。

次に、アッパケース１４Ｕの上方の開口１６をケースカバー１４Ｃによって閉じ、ケースカバー１４Ｃをアッパケース１４Ｕにボルト締結する。
この後、ケーブル側コネクタ２０をアッパケース１４Ｕの後方膨出部１７の下面に配置し、ケーブル側コネクタ２０に固定されたボルト４０の軸部４０ａを、後方膨出部１７のフランジ部１７ａに対し下方から上方側に向かって貫通させる。このとき、ケーブル側コネクタ２０の突起部２６をユニット側コネクタ１９の嵌合凹部２７に嵌合し、かつ、第１接続端子２２の接続ピン２５を突起部２６の嵌合穴３１に嵌合する。この後、後方膨出部１７のフランジ部１７ａから上方に突出した軸部４０ａにナット４５を締め込む。

これにより、ケーブル側コネクタ２０がユニット側コネクタ１９に押し付けられ、第１接続端子２２と第２接続端子２３が接続状態に維持されるとともに、ケーブル側コネクタ２０がアッパケース１４Ｕ（ユニットケース１４）に固定される。また、給電ケーブル１３は、前述のようにリテーナブロック３２Ａ，３２Ｂによってケーブル側コネクタ２０に強固に挟持される。

＜実施形態の効果＞
以上のように、本実施形態のケーブル接続部構造は、ケーブル側コネクタ２０に固定されたボルト４０の軸部４０ａを、電力制御ユニット１０のユニットケース１４に下方から上方側に貫通させ、ユニットケース１４の上方側からボルト４０の軸部４０ａにナット４５を締め込むことにより、ユニット側コネクタ１９にケーブル側コネクタ２０を接続した状態でケーブル側コネクタ２０を電力制御ユニット１０とユニット側コネクタ１９とに固定することができる。したがって、本実施形態のケーブル接続部構造を採用した場合には、電力制御ユニット１０の下方に配置されるケーブル側コネクタ２０を上方側からユニット側コネクタ１９に容易に固定することができる。

また、本実施形態のケーブル接続部構造は、バスバー２１とユニット側コネクタ１９（第１接続端子２２）の接続部（ボルト２９）が、アッパケース１４Ｕ（ユニットケース１４）の開口１６を通して上方側からアクセス可能とされている。このため、ケースカバー１４Ｃをアッパケース１４Ｕ（ケース本体）に取り付ける前に、アッパケース１４Ｕの開口１６を通して、バスバー２１をユニット側コネクタ１９の第１接続端子２２に上方側から容易に接続することができる。

また、本実施形態のケーブル接続部構造は、給電ケーブル１３を挟持する一対のリテーナブロック３２Ａ，３２Ｂがケーブル側コネクタ２０のコネクタケース３３の内部に収容され、リテーナブロック３２Ａ，３２Ｂとコネクタケース３３に相互に当接可能なテーパ面４２，４３が設けられている。そして、テーパ面４２，４３は、ケーブル側コネクタ２０の固定時にボルト４０の軸部４０ａにナット４５が締め込まれたときに、コネクタケース３３の上方変位に応じてリテーナブロック３２Ａ，３２Ｂを径方向内側に押し付ける可能とされている。このため、給電ケーブル１３を一対のリテーナブロック３２Ａ，３２Ｂによってケーブル側コネクタ２０に強固に固定し、車両走行に伴う給電ケーブル１３の大きな振れを抑制することができる。
本実施形態のケーブル接続部構造は、給電ケーブル１３の大きな振れを抑制する機能をケーブル側コネクタ２０が備え、ケーブル側コネクタ２０を電力制御ユニット１０に取り付ける際に、ナット４５を上方から締め込むだけで給電ケーブル１３の揺れを抑制することができる。したがって、給電ケーブル１３の振れを抑制するための支持部材を電力制御ユニット１０に別途取り付ける必要がなくなる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態では、リテーナブロック３２Ａ，３２Ｂがコネクタケース３３内に一対収容されているが、コネクタケース内に収容するリテーナブロックの数は三つ以上であっても良い。

１０…電力制御ユニット
１３…給電ケーブル
１４…ユニットケース
１４Ｃ…ケースカバー
１４Ｌ…ロアケース（ケース本体）
１４Ｕ…アッパケース（ケース本体）
１５…電力制御機器
１６…開口
１９…ユニット側コネクタ
２０…ケーブル側コネクタ
２１…バスバー（給電通路）
２２…第１接続端子
２３…第２接続端子
３２Ａ，３２Ｂ…リテーナブロック
３３…コネクタケース
４０…ボルト
４０ａ…軸部
４２…テーパ面（カム面）
４３…テーパ面（カム面）
４５…ナット

Claims (3)

1. 電力を制御する電力制御ユニットと、前記電力制御ユニットから下方に引き出される給電ケーブルとを接続する電力制御ユニットのケーブル接続部構造であって、
   電力制御機器、及び、当該電力制御機器を収容するユニットケースを有する前記電力制御ユニットと、
   前記ユニットケースの内部で前記電力制御機器の給電通路に接続されるとともに、前記ユニットケースの下方に向く第１接続端子を有するユニット側コネクタと、
   前記給電ケーブルに接続されるとともに、前記ユニットケースの下方から前記第１接続端子に接続される第２接続端子を有するケーブル側コネクタと、を備え、
   前記ケーブル側コネクタは、
   前記第２接続端子を支持するコネクタケースと、
   前記コネクタケースに固定されるとともに、軸部が前記ユニットケースの一部を下方から上方に貫通するボルトと、を有し、
   前記ケーブル側コネクタは、前記ユニットケースを貫通した前記軸部に上方からナットが締め込まれることにより、前記ユニットケースと前記ユニット側コネクタとに固定されていることを特徴とする電力制御ユニットのケーブル接続部構造。
2. 前記ユニットケースは、
   前記電力制御機器を収容し、前記給電通路と前記第１接続端子との接続部の上方が開口するケース本体と、
   前記ケース本体の上方を覆うケースカバーと、を備え、
   前記給電通路は、前記ケース本体の上方の開口を通して、前記第１接続端子と接続可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の電力制御ユニットのケーブル接続部構造。
3. 前記ケーブル側コネクタは、前記コネクタケースの内部に収容され、前記給電ケーブルを径方向外側から挟持する複数のリテーナブロックを備え、
   前記リテーナブロックと前記コネクタケースには、前記ボルトの前記軸部に前記ナットが締め込まれたときに、前記コネクタケースの上方変位に応じて前記リテーナブロックを径方向内側に押し付けるカム面が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力制御ユニットのケーブル接続部構造。

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