JP5012399B2 - 車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両駆動電力を送電する高圧ケーブルの接続装置の構造に関する。

駆動源としてモータと、電力供給源として二次電池を有するハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両は、二次電池からの高電圧電力によってモータを駆動し、走行する。詳細には、電動車両の二次電池からモータへの電力供給路は、二次電池と、直流電圧の昇圧／降圧を行うＤＣ／ＤＣコンバータと、二次電池側の直流電力をモータの駆動交流電力に変換するインバータと、モータと、で構成される。個々の装置間は、高圧ケーブルによって接続される場合が多い。

一方、端子間を電気的に接続して、電力供給を行う方法として、特許文献１に記載されているように導電コイルバネを用いる方法がある。この方法は、点火ケーブル側の高圧端子のピン状端子部を、点火コイル側高電圧供給側端子の収容孔部に嵌合収容された筒状端子に挿入して、ピン状端子部で導電コイルバネを押込んで圧縮させた状態で、高圧端子を高電圧供給側端子に接続するものである。

同様に導電性弾性部材で複数の端子間を同時に電気的に接続する方法が特許文献２に記載されている。この方法は、半導体パッケージの基板裏面の多数の電気接点と配線プレートの導体部との間を電気的に接続するコンタクトバネと、コンタクトバネの下部を保持して配線プレートの導体部に対し位置決めする板状のホルダと、コンタクトバネの上部を捕捉案内して半導体パッケージの基板裏面の多数の電気接点に対し、芯出しするガイドプレートで構成され、コンタクトバネを圧縮して端子間を電気的に接続する方法である。

特開２０００−１１０６９８号公報 国際公開第２００３／００７４３５号パンフレット

ところで、上記のような電動車両の高圧ケーブルの接続においては、高圧ケーブルの芯線に装着されたリング状端子を、個々の装置の端子台にボルト締めによって接続する場合が多く、このような接続構造では、事故などによる衝突時、高圧ケーブルの接続が外れ、端子が車体に接触して他の機器を損傷させるような場合がある。しかし、特許文献１に記載された方法は、点火ケーブルの接続が外れた際に、点火ケーブル側の高圧端子のピン状端子部がそのカバーの開口面よりも突出する構造を有しているため、他の機器を損傷する可能性がある。また、特許文献２に記載された方法は、半導体パッケージがガイドプレートから離反している状態では基板裏面の多数の電気接点が露出し、さらに配線プレートを取り外されるとその導体部が露出する構造であるため、同様の可能性がある。

本発明は、車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置において、破損時に導電体の露出を抑制することを目的とする。

本発明に係る車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置は、絶縁性の筒状部と、筒状部の底部に設けられ、第一のケーブルが接続される第一の端子と、を備える雄コネクタと、雄コネクタの筒状部の外形寸法よりも大きな内形寸法の開口部を有する穴と、穴の底部に設けられ、第二のケーブルが接続される第二の端子と、を備える雌コネクタと、を含む車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置であって、第一の端子および第二の端子のいずれに対しても固定されない構造で、筒状部内部に挿入され、雄コネクタの筒状部を雌コネクタの穴に嵌め込んで各コネクタ間を結合する際に第一の端子と第二の端子に当接して圧縮され、各端子間を電気的に接続する導電性スプリングを有することを特徴とする。

本発明に係る車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置において、導電性スプリングは、雄コネクタと雌コネクタとの結合の際の、筒状部の底部と穴の底部との距離よりも長く、雄コネクタの筒状部の長さと雌コネクタの穴の長さとの和よりも短い自然長を有することとしても好ましい。

本発明に係る車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置において、雄コネクタの筒状部の長さと雌コネクタの穴の長さが略同一であるとしても好ましい。

本発明に係る他の車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置は、絶縁性の筒状部と、筒状部の内部に設けられ、第一のケーブルが接続される第一の端子と、を備える雄コネクタと、筒状部の外形寸法よりも大きな内形寸法の開口部を有する穴と、穴の底部に設けられ、雄コネクタの筒状部の開口部の内形寸法よりも小さい外形寸法を有する凸部と、凸部の端面に設けられ、第二のケーブルが接続された第二の端子と、を備える雌コネクタと、第一の端子および第二の端子のいずれに対しても固定されない構造で、筒状部内部に挿入され、雄コネクタの筒状部を雌コネクタの穴に嵌め込んで雌コネクタの穴の凸部が雄コネクタの筒状部の内側に入り込むように各コネクタ間を結合する際に第一の端子と第二の端子とに当接して圧縮され、各端子間を電気的に接続する導電性スプリングと、を備える車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置であって、導電性スプリングは、雄コネクタと雌コネクタとの結合の際の、第一の端子と第二の端子との距離よりも長く、雄コネクタの筒状部開口面から第一の端子までの長さと雌コネクタの穴の開口面から第二の端子までの長さのいずれの長さよりも短い自然長を有することを特徴とする。

本発明に係る車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置において、雄コネクタと雌コネクタとの対向する各面を当接させて導電性スプリングを圧縮状態に保持するスプリング圧縮状態保持手段を備えるとしても好ましい。

本発明に係る車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置において、雌コネクタの穴から雄コネクタの筒状部が抜けた際に、導電性スプリングはその反発力で筒状部から飛出可能となっているとしても好ましい。

車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置において、破損時に導電体の露出を抑制することができるという効果を奏する。

以下に図面を参照しながら本発明の好適な実施形態につき詳細に説明する。図１に示すように、車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置１０００は第一のケーブル１１０を介して図示しないインバータに接続された雄コネクタ１００と、第二のケーブル２１０を介して図示しないモータに接続された雌コネクタ２００と、導電性スプリング３００と、雄コネクタ１００と雌コネクタ２００を結合保持するボルト１３０およびナット２３０を備える。

絶縁性の素材を成型して作られる雄コネクタ１００は、雄コネクタ側接合面１０３に設けられる、例えば断面四角形状の絶縁性の筒状部１０１と、この筒状部底面１０４に設けられた端子支持凸部１０８の端面１０９に固定された、第一のケーブル１１０が接続される第一の端子１２０を有している。雄コネクタ１００には、雄コネクタ側接合面１０３から側面側へ突出する、ボルト締結用の穴を有する板である雄コネクタ側フランジ１０６が一体に形成されている。

筒状部１０１は、雄コネクタ側接合面１０３に筒状部底面１０４を有し、雌コネクタ２００との結合方向に開口している。筒状部底面１０４には、端子支持凸部１０８が設けられている。筒状部１０１の内部形状は、導電性スプリング３００の端部が筒状部１０１の内周面と端子支持凸部１０８の外周面の間に入り込むような形状を有しており、外形寸法および長さは、後述する雌コネクタ２００の筒状部収容穴２０１に収まる寸法および長さである。この筒状部１０１は絶縁体である雄コネクタ１００に一体に成型されるものである。この筒状部１０１の内形および外形の断面形状は、別の多角形であってもよいし、円形であってもよい。

第一のケーブル１１０は、絶縁体に覆われた導電性の第一の芯線１１２からなる第一の電線１１１三本で構成される。第一のケーブル１１０は三本の第一の電線１１１をシースにより束ねて構成しても良い。またこの場合、第一の電線１１１とシースの間に、一括もしくは個別にシールド構造を有するものとしてもよい。

第一の端子１２０は、長板状の金属板の一端に第一の電線１１１の第一の芯線１１２を挟んで圧着するための加工を施して第一の電線圧着部１２２とし、他端を例えばコの字型に折り曲げ加工して第一の導通接触端部１２１を設けたものである。他端の形状は、雄コネクタ１００に固定可能な形状であれば、コの字型に限らず、他の形状であってもよい。第一の導通接触端部１２１は端子支持凸部１０８の端面１０９よりも小さな面積を有している。第一の端子１２０は、導電性スプリング３００の端部が筒状部１０１の内周面と端子支持凸部１０８の外周面の間に入り込んだ際に、第一の導通接触端部１２１が導電性スプリング３００の内周面に接触することを避けるため、端子支持凸部１０８の端面１０９の外周の内側に位置するように、第一の端子固定溝１０５に固定される。第一の端子１２０は第一の電線１１１の数だけ雄コネクタ１００内部に設けられる。

雄コネクタ１００に設けられた第一のケーブル用開口部１０７は、第一のケーブル１１０の三本の第一の電線１１１を個別に雄コネクタ１００の内部に導く構造を有する。なお、第一のケーブル用開口部１０７には第一の電線１１１に負荷が加わっても第一の端子１２０に直接負荷が加わらない様、図示しないクランプ機構が設けてあるものとする。

雌コネクタ２００は、雄コネクタ１００と同様に絶縁性の素材の成型からなり、雌コネクタ側接合面２０３に開口する筒状部収容穴２０１と、この筒状部収容穴底面２０４に固定された、第二のケーブル２１０が接続される第二の端子２２０の第二の導通接触端部２２１を有している。雌コネクタ２００には、雌コネクタ側接合面２０３から側面側へ突出する、ボルト締結用の穴を有する板である雌コネクタ側フランジ２０６が一体に形成されている。以下、雌コネクタ２００に関しては雄コネクタ１００と相違する点のみ、説明する。なお、第二のケーブル２１０は第一のケーブル１１０と同様の構成を有するので詳細な説明を省略する。

筒状部収容穴２０１は、雌コネクタ側接合面２０３に開口し、深さは筒状部１０１の長さと略同一で、開口面２０２の大きさは筒状部１０１の断面外形寸法より大きく、コネクタ結合の際、筒状部１０１を収容可能に形成される。

第二の端子２２０は第一の端子１２０と同様の構成を有し、第二の導通接触端部２２１が筒状部収容穴底面２０４に現れるように第２の端子固定溝２０５に固定される。

導電性スプリング３００は、その直径が筒状部１０１の内形寸法より小さく、筒状部１０１の内周面と端子支持凸部１０８の外周面の間に入り込ませて、筒状部底面１０４に接触可能であり、かつ、筒状部収容穴底面２０４の第二の導通接触端部２２１に対して、導電性スプリング３００の端面３０１が接触可能な形状を有している。また長さは、雄コネクタ１００と雌コネクタ２００の結合時の雄コネクタ１００の筒状部底面１０４と雌コネクタ２００の筒状部収容穴底面２０４との間の距離よりも長く、それぞれに接触して圧縮され、筒状部１０１の長さと筒状部収容穴２０１の深さの和よりも短い長さとする。例えば、導電性スプリング３００の長さは、図１のように、筒状部１０１の長さよりも、筒状部１０１の長さの半分程度だけ長い自然長を有するとしてもよい。また、導電性スプリング３００は、軸方向に対して巻線の間に略垂直方向に差し込まれ、筒状部１０１の内形寸法よりも小さく導電性スプリング３００の内径よりも大きな導電性金属プレート３０４を有しており、金属プレート３０４と導電性スプリング３００は常に電気的に導通している。この金属プレート３０４は、雄コネクタ１００と雌コネクタ２００が結合されて導電性スプリング３００が圧縮された際に、第一の端子１２０の導通接触端部１２１と接触し、圧縮されない際には、導通接触端部１２１と離間する位置に差し込まれている。

図２に示すようにコネクタ結合の際は、雄コネクタ１００の各筒状部１０１に導電性スプリング３００を一本ずつ挿入し、導電性スプリング３００が挿入された状態のまま、雄コネクタ１００の筒状部１０１が雌コネクタ２００の筒状部収容穴２０１に嵌るように結合する。導電性スプリング３００は各コネクタ接合面の係合時に圧縮されるため、コネクタの結合が外れる方向に反発力をもつ。ボルト１３０、ナット２３０、雄コネクタ側フランジ１０６と雌コネクタ側フランジ２０６は、スプリング圧縮状態保持手段を構成し、コネクタ結合の際にはボルト１３０とナット２３０を用いて、雄コネクタ側フランジ１０６と雌コネクタ側フランジ２０６を重ね合わせて、共締めすることで、導電性スプリング３００を圧縮し、金属プレート３０４と導電性スプリング３００を介して端子間を電気的に接続する。ボルト締結に限らず、一方のコネクタの外部にフックを、他方のコネクタにフックが引っかかる適当な形状を一体に設けて、コネクタの結合状態を維持するものでもよい。上記のようにコネクタを結合することによって電気的に接続され、インバータ・モータ間における三相交流の各相の電流の伝送が可能となる。端子間の接続にスプリングを用いているため、車両の走行などによる振動を受けている場合でも安定した電気的接続を維持することができる。

上記の構成を有する本実施形態の車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置において、第一の端子１２０あるいは第二の端子２２０のどちらかの端子が、高電圧電力である三相交流を帯びたまま、各コネクタ１００、２００の結合が外れた場合でも、第一の端子１２０の第一の導通接触端部１２１は雄コネクタ１００の筒状部底面１０４の端子支持凸部１０８の端面１０９に、第二の端子２２０の第二の導通接触端部２２１は雌コネクタ２００の筒状部収容穴底面２０４に設けられているため、各導通接触端部１２１、２２１が車両に搭載された他の機器に接触して損傷させることはない。また、導電性スプリング３００の長さは前述のように筒状部１０１の長さと筒状部収容穴２０１の深さの和よりも短い長さであるため、両コネクタ１００、２００が離間する際に、両コネクタ１００、２００の各導通接触端部１２１、２２１とが電気的に接続されたまま、高電圧電力である三相交流を帯びた導電性スプリング中央部３０２が筒状部開口面１０２と筒状部収容穴開口面２０２との間に露出することを抑制できる。さらに導電性スプリング３００は筒状部底面１０４と第二の導通接触端部２２１に固定されない構造であるため、各コネクタ１００、２００の結合が外れた場合、導電性スプリング３００の反発力により筒状部１０１から飛出し、各導通接触端部１２１、２２１の電気的接続が遮断されて、脱落したスプリング３００には通電せず、同様の損傷を与えることを抑制できる。また、導電性スプリング３００が、筒状部１０１の中に留まる場合においても、非圧縮時の導電性スプリング３００の金属プレート３０４が、第一の導通接触端部１２１から離間するため、導電性スプリング３００と第一の端子１２０の電気的接続が断たれ、導電性スプリング３００が高電圧電力を帯びたまま、筒状部開口面１０２から突き出して露出することはなく、車両に搭載された他の機器に接触して損傷させることを抑制できる。

以下に図面を参照しながら本発明の他の実施形態につき説明する。図３に示すように、車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置２０００は第一のケーブル１１０を介して図示しないインバータに接続された雄コネクタ４００と第二のケーブル２１０を介して図示しないモータに接続された雌コネクタ５００と導電性スプリング６００と、コネクタ結合保持用のボルト１３０およびナット２３０を備える。前述の実施形態について説明した部分と同様の部分の説明は省略する。

雄コネクタ４００の筒状部４０１の筒状部底面４０４は雄コネクタ側接合面４０３から筒状部開口面４０２に向けて、底上げされている。第一の端子４２０は、第一の導通接触端部４２１が底上げされた筒状部底面４０４に現れるように第一の端子固定溝４０５に固定される。

雌コネクタ５００の筒状部収容穴底面５０４に凸部５０８が設けられ、コネクタ結合時に筒状部４０１先端の淵が筒状部収容穴５０１の内周面と凸部５０８の外周面の間の溝５１０にはめ込まれるように構成されている。

導電性スプリング６００の長さは、底上げされた筒状部底面４０４の第一の導通接触端部４２１に導電性スプリング６００を自然長のまま接触させた状態、および凸部５０８の端面５０９の第二の導通接触端部５２１に導電性スプリング６００を自然長のまま接触させた状態のいずれにおいても、筒状部開口面４０２あるいは筒状部収容穴開口面５０２から導電性スプリング６００が突き出ない程度に短く、さらに雄コネクタ４００と雌コネクタ５００の結合時に両コネクタ４００、５００の各導通接触端部４２１、５２１にそれぞれ接触して圧縮されるよう、結合時の各導通接触端部４２１、５２１間の距離よりも長い自然長を有する。また、上記の導電性スプリング６００の長さの条件を満たすように、雄コネクタ４００の底上げされた筒状部底面４０４の雄コネクタ側接合面４０３から高さ、あるいは雌コネクタ５００の筒状部収容穴底面５０４からの凸部５０８の高さを設定してもよい。なお、本実施形態の導電性スプリング６００は、前述の実施形態の導電性スプリング３００とは異なり、金属プレート３０４を備えていない。

コネクタ結合は図４のように、前述の実施形態と同様にして行うことができ、安定した電気的接続を実現できる。なお、本実施形態においては前述の実施形態と異なり、導電性スプリング６００の端面６０１が、直接雄コネクタ４００の第一の導通接触端部４２１に接触することにより、端子間が電気的に接続される。

前記実施形態と同様に、第一の端子４２０あるいは第二の端子５２０のどちらかの端子が、高電圧電力である三相交流を帯びたまま、各コネクタ４００、５００の結合が外れた場合でも、第一の端子４２０の第一の導通接触端部４２１は雄コネクタ４００の筒状部底面４０４に、第二の端子５２０の第二の導通接触端部５２１は雌コネクタ５００の筒状部収容穴底面５０４の凸部５０８の端面５０９に設けられているため、各導通接触端部４２１、５２１が車両に搭載された他の機器に接触して損傷させることはない。

さらに本実施形態においては、導電性スプリング６００の端面６０１が、第一の導通接触端部４２１または第二の導通接触端部５２１のいずれかと接触したまま、筒状部４０１あるいは筒状部収容穴５０１の中に留まる場合においても、非圧縮時の導電性スプリング６００の長さが、前述のように筒状部開口面４０２あるいは筒状部収容穴開口面５０２から突き出ない程度の長さであるため、導電性スプリング６００は高電圧電力を帯びたまま、筒状部開口面４０２あるいは筒状部収容穴開口面５０２から突き出して露出することはなく、車両に搭載された他の機器に接触して損傷させることを抑制できる。また、参考実施形態においては、導電性スプリング６００の端面６０１が、第一の導通接触端部４２１または第二の導通接触端部５２１のいずれかに固定されている構造を有していてもよい。

上記二つの実施形態は、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両の電力供給路上の、三相交流が送電されるインバータ・モータ間に、本発明にかかる車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置を設けた場合について説明したが、高電圧電力が送電される部分であれば、インバータ・モータ間に限らず他の装置間に適用されるものであってもよい。端子数は適用される場所に応じて変更するものであってよい。また、インバータ側を雄コネクタ、モータ側を雌コネクタとしたが、逆の構成として実施されるものとしてもよい。また、二つのコネクタうちの一方を各装置の筐体に固定される端子台としてもよい。

本発明に係る実施形態における車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置のコネクタが結合されていない状態での断面を示す図である。 本発明に係る実施形態における車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置のコネクタ結合時の断面を示す図である。 本発明に係る他の実施形態における車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置のコネクタが結合されていない状態での断面を示す図である。 本発明に係る他の実施形態における車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置のコネクタ結合時の断面を示す図である。

符号の説明

１００、４００ 雄コネクタ、１０１、４０１ 筒状部、１０２、４０２ 筒状部開口面、１０３、４０３ 雄コネクタ側接合面、１０４ 筒状部底面、１０５、４０５ 第一の端子固定溝、１０６、４０６ 雄コネクタ側フランジ、１０７、４０７ 第一のケーブル用開口部、１０８ 端子支持凸部、１０９ 端子支持凸部の端面、１１０ 第一のケーブル、１１１ 第一の電線、１１２ 第一の芯線、１２０、４２０ 第一の端子、１２１、４２１ 第一の導通接触端部、１２２、４２２ 第一の電線圧着部、１３０ ボルト、２００、５００ 雌コネクタ、２０１、５０１ 筒状部収容穴、２０２、５０２ 筒状部収容穴開口面、２０３、５０３ 雌コネクタ側接合面、２０４、５０４ 筒状部収容穴底面、２０５、５０５ 第二の端子固定溝、２０６、５０６ 雌コネクタ側フランジ、２０７、５０７ 第二のケーブル用開口部、２１０ 第二のケーブル、２１１ 第二の電線、２１２ 第二の芯線、２２０、５２０ 第二の端子、２２１、５２１ 第二の導通接触端部、２２２、５２２ 第二の電線圧着部、２３０ ナット、３００、６００ 導電性スプリング、３０１、６０１ 導電性スプリングの端面、３０２ 導電性スプリング中央部、４０４ 底上げされた筒状部底面 、５０８ 凸部、５０９ 凸部の端面、５１０ 筒状部収容穴の内周面と凸部の外周面の間の溝、１０００、２０００ 車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置。

Claims (6)

1. 絶縁性の筒状部と、筒状部の底部に設けられ、第一のケーブルが接続される第一の端子と、を備える雄コネクタと、
   雄コネクタの筒状部の外形寸法よりも大きな内形寸法の開口部を有する穴と、穴の底部に設けられ、第二のケーブルが接続される第二の端子と、を備える雌コネクタと、
   を含む車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置であって、
   第一の端子および第二の端子のいずれに対しても固定されない構造で、筒状部内部に挿入され、雄コネクタの筒状部を雌コネクタの穴に嵌め込んで各コネクタ間を結合する際に第一の端子と第二の端子に当接して圧縮され、各端子間を電気的に接続する導電性スプリングを有すること、
   を特徴とする車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置。
2. 請求項１記載の車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置において、
   導電性スプリングは、
   雄コネクタと雌コネクタとの結合の際の、筒状部の底部と穴の底部との距離よりも長く、雄コネクタの筒状部の長さと雌コネクタの穴の長さとの和よりも短い自然長を有すること、
   を特徴とする車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置。
3. 請求項１または２記載の車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置において、
   雄コネクタの筒状部の長さと雌コネクタの穴の長さが略同一であること、
   を特徴とする車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置。
4. 絶縁性の筒状部と、筒状部の内部に設けられ、第一のケーブルが接続される第一の端子と、を備える雄コネクタと、
   雄コネクタの筒状部の外形寸法よりも大きな内形寸法の開口部を有する穴と、穴の底部に設けられ、筒状部の開口部の内形寸法よりも小さい外形寸法を有する凸部と、凸部の端面に設けられ、第二のケーブルが接続された第二の端子と、を備える雌コネクタと、
   第一の端子および第二の端子のいずれに対しても固定されない構造で、筒状部内部に挿入され、雄コネクタの筒状部を雌コネクタの穴に嵌め込んで雌コネクタの穴の凸部が雄コネクタの筒状部の内側に入り込むように各コネクタ間を結合する際に第一の端子と第二の端子とに当接して圧縮され、各端子間を電気的に接続する導電性スプリングと、
   を備える車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置であって、
   導電性スプリングは、
   雄コネクタと雌コネクタとの結合の際の、第一の端子と第二の端子との距離よりも長く、雄コネクタの筒状部開口面から第一の端子までの長さと雌コネクタの穴の開口面から第二の端子までの長さのいずれの長さよりも短い自然長を有すること、
   を特徴とする車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置において、
   雄コネクタと雌コネクタとの対向する各面を当接させて導電性スプリングを圧縮状態に保持するスプリング圧縮状態保持手段を備えること、
   を特徴とする車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置において、
   雌コネクタの穴から雄コネクタの筒状部が抜けた際に、導電性スプリングはその反発力で筒状部から飛出可能となっていること、
   を特徴とする車両駆動電力用高圧ケーブル接続装置。

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