JP5479129B2 - ワイヤーハーネス - Google Patents

Description

本発明は、可撓性を備えたシールド部材及び電線を筒体に挿通させてなるワイヤーハーネスに関するものである。

電気自動車ＥＶ、ハイブリッド自動車ＨＥＶまたは燃料電池自動車ＦＣＶなど、電動モータを走行駆動源とする車両において、バッテリとインバータ又はインバータと電動モータを接続するためにワイヤーハーネスが用いられている。特に電気自動車等に用いられるワイヤーハーネスは、床裏などの室外に配索されることがあるため、電磁波シールド性に加え、水密性や耐チッピング性（飛石防止）も要求される。

この種のワイヤーハーネスとして、複数の電線を金属製パイプで一括して包囲し、この金属製パイプをワイヤーハーネスの配索経路に沿って三次元的に曲げ加工したものが知られている（特許文献１）。

特開２００４−１７１９５２号公報

しかしながら、複数の電線を一括して剛性パイプで包囲するためには、電線の束よりも太い剛性パイプを用いる必要があるため、車両への組み付け作業前に、ワイヤーハーネスを配索経路に沿って三次元的に曲げ加工するにあたって、太い剛性パイプを曲げ加工可能な大規模な曲げ加工用の装置が必要となるという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、配索経路に沿って三次元的に曲げ加工がし易く、かつ、配索経路に沿った形状に保持されて車両への組み付け作業性に優れたワイヤーハーネスを提供することである。

本発明では、複数の電線と、前記複数の電線を一括して包囲する可撓性を備えたシールド部材と、前記シールド部材を包囲する可撓性を備えた筒体と、前記電線が配索される経路に応じた形状に形成され、前記筒体に結束された骨部材と、を備えたことを特徴とするワイヤーハーネスを提供することにより、上記課題を解決する。

また、本発明では、複数の電線と、前記複数の電線を一括して包囲する可撓性を備えたシールド部材と、前記シールド部材を包囲する可撓性を備えた筒体と、前記電線が配索される経路に応じた形状に形成され、前記筒体に包囲された骨部材と、を備えたことを特徴とするワイヤーハーネスを提供することにより、上記課題を解決する。

上記発明において、前記骨部材は、前記筒体の径よりも細く構成することができる。

上記発明において、前記骨部材は、中空部を有するように構成することができる。

上記発明において、前記骨部材は、金属製の材料で構成することができる。

上記発明において、前記筒体は、着色されたコルゲート管で構成することができる。

上記発明において、前記電線は、自動車に搭載された機器間に接続され、前記筒体は、前記自動車の車体の床裏に配索されるように構成することができる。

本発明によれば、可撓性を備えた筒体によって複数の電線及び可撓性シールド部材を一括して包囲し、この筒体の内側又は外側に、電線の配索経路に応じた形状に形成された骨部材を配置するので、複数の電線を一括して包囲する剛性パイプを用いなくても、可撓性を備えた電線及びシールド部材を配索経路に沿った形状に保持しつつ、軽量なワイヤーハーネスを提供することができる。この結果、組み付け作業性に優れたワイヤーハーネスを提供することができる。

また、本発明によれば、電線が配索される経路に応じた形状に形成された骨部材には、複数の電線を一括して包囲する太さが要求されないので、小規模な曲げ加工用の装置で加工することができる。この結果、配索経路に沿って三次元的に曲げ加工に要する労力及びコストを低減させることができる。

本発明の一実施形態のワイヤーハーネスを適用した電気自動車を示す底面図（床裏図）である。 図１の電気自動車を示す側面図である。 図１の電気自動車の駆動系を示すブロック図である。 図１〜図３のワイヤーハーネスと骨部材の一部を示す斜視図である。 図１のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態を示す図１のＶ−Ｖ線断面図に相当する断面図である。 図１〜図３のワイヤーハーネスと骨部材の全体を示す斜視図である。 図１のＺ部に対応する拡大平面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明の一実施の形態を適用した電気自動車を示す図である。図１は本発明の一実施形態のワイヤーハーネス１を適用した電気自動車２を示す底面図（床裏図）、図２は図１の電気自動車２の側面図、図３は図１の電気自動車の駆動系を示すブロック図である。

本実施形態においては、電動モータを走行駆動源とする電気自動車のインバータと電動モータとを接続する電力供給ラインに本発明に係るワイヤーハーネスを適用した例について説明する。

ただし、本発明に係るワイヤーハーネスは電気自動車のインバータと電動モータとの間の電力供給ラインのほか、バッテリとインバータの間の電力供給ラインにも適用することができる。また、電動モータを走行駆動源とする電気自動車には、本例にて説明するもの以外に、内燃機関と電動モータの両方を走行駆動源とするハイブリッド自動車や、二次電池からなるバッテリに代えて燃料電池を電源とする燃料電池自動車が含まれる。

図１および図２に示すように、本例の電気自動車２では、電動モータ２４がフロントトランクルーム２１２（いわゆるエンジンルーム）に配置される一方で、バッテリ２２（補機用バッテリ２２ａを含む）とインバータ２３はリヤトランクルーム２１３に配置されている。このため、バッテリ２２とインバータ２３とを接続する電力供給ライン（直流）用のワイヤーハーネス２８はリヤトランクルーム２１３内で配索されるが、インバータ２３と電動モータ２４とを接続する電力供給ライン（交流）用のワイヤーハーネス１はリヤトランクルーム２１３から車体２１の床裏２１１を通ってフロントトランクルーム２１２まで配索されている。

また、各種電装品のアクチュエータに電力を供給するＥＣＵ（Electronic Control Unit）がフロントトランクルーム２１２に隣接する助手席のコンソールボックスの下に固定されており、補機用バッテリ２２ａがリヤトランクルーム２１３に配置されているので、補機用バッテリ２２ａとＥＣＵを接続する補機用ケーブル１１Ａもワイヤーハーネス１に沿って配索することができる。

本例の電気自動車２は、図３に示すように、リチウムイオン電池などの二次電池からなるバッテリ２２と、このバッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータ２３と、走行駆動源である三相交流の電動モータ２４とを備え、電動モータ２４の出力軸２４ａに接続された変速機２５およびディファレンシャルギヤ２６を介して、電動モータ２４の出力が駆動輪２７，２７に伝達される。

なお、インバータ２３は、直列に接続された２つのスイッチング素子（トランジスタＴｒ）が３列並列に接続された回路を備え、６つのスイッチング回路を所定の駆動信号によりスイッチングさせることにより、バッテリ２２からの直流電力を三相交流電力に変換する電力変換装置である。また、電動モータ２４の回生時には回生された交流電力をインバータ２３により直流電力に変換し、これをバッテリ２２に充電することもできる。

また、本実施形態の電気自動車２は、図３に示すように、コンバータ２３ａを備えることができる。このコンバータ２３ａは、回生された交流電力を直流電力に変換し、１２Ｖに降圧して補機用バッテリ２２ａに充電する。補機用バッテリ２２ａに蓄電された電力はＥＣＵ（Electronic Control Unit）を介してドアの開閉やターンシグナルランプ（方向指示灯）などの電装品に供給される。

これらの機器が搭載された本例の電気自動車２の車体２１のアンダーボディは、図１及び図２に示すように、フロントトランクルーム２１２と車室内２１４とを仕切るダッシュパネル２１５と、車室内の床面を構成するフロントフロアパネル２１６と、リヤトランクルーム２１３の床面を構成するリヤフロアパネル２１７と、フロントフロアパネル２１６とリヤフロアパネル２１７とを繋ぐエクステンションパネル２１８とが溶接などにより接合されている。

そして、こうした車体構造に対しインバータ２３と電動モータ２４とを接続する電力供給ライン（交流）用のワイヤーハーネス１が、図２に示すようにインバータ２３が搭載されたリヤトランクルーム２１３からリヤフロアパネル２１７に開設された孔を介して床裏２１１に挿通され、ここからエクステンションパネル２１８の面に沿ってフロントフロアパネル２１６の後端に至り、さらにここからフロントフロアパネル２１６の床裏２１１の面に沿って配索されてダッシュパネル２１５の下端に至り、ダッシュパネル２１５の面に沿って立ち上がって電動モータ２４まで配索されている。先述したように、補機用バッテリ２２ａとＥＣＵを接続する補機用ケーブル１１Ａも、このワイヤーハーネス１と同じ経路で配索することができる。

以下、図４及び図５に基づいて、本発明の実施形態に係るワイヤーハーネス１を構成する各部材について説明する。図４は図１のワイヤーハーネス１の一部を示す斜視図、図５は図１のワイヤーハーネス１のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

同図に示すように、本実施形態のワイヤーハーネス１は、三相交流電力（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）用の３本の電線１１と、これらの電線１１を一括して包囲する可撓性のシールド部材１２と、このシールド部材１２を包囲する可撓性の筒体１３と、この筒体１３に結束部材１５で結束された骨部材１４とを備えている。

電線１１を包囲するシールド部材１２は、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、アルミニウム合金または銅合金などの電磁波シールド性を有する金属で構成されている。本実施形態のシールド部材１２は、導電性金属細線が網状に編み込まれた編組部材から構成されている。このように、編組部材からなるシールド部材１２は可撓性を備えており、任意の方向に屈曲が可能である。また、シールド部材１２は、金属製のチューブで構成することも可能であるし、電線１１に巻き付けられた金属箔テープで構成することも可能である。

本実施形態の筒体１３は、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレンなどの樹脂で構成されている。特に限定されないが、筒体１３は耐熱性及び耐傷性を備える樹脂材料で構成されることが望ましい。また、本実施形態の筒体１３は、全体が軸方向に沿って径が交互に増減する波形の、いわゆる蛇腹状に形成されている。この波形に形成された部分を蛇腹部１３１と称する。本例の蛇腹部１３１を構成する波形の形状（コルゲート形状）は特に限定されず、螺旋状の山および谷の組み合わせ、単一の山および谷の組み合わせのほか、いわゆるインターロックチューブ構造も含まれる。このような可撓性の蛇腹部１３１を有する筒体１３で電線１１及びシールド部材１２を包むことにより、水密性、耐チッピング性を確保するとともに、搬送時には所望の形状に変形させて荷姿容積を小さくすることができる。

本実施形態の筒体１３は、着色材料を含む樹脂を用いて成形された、蛇腹部１３１を備える有色のコルゲート管１３である。特に限定されないが、コルゲート管１３の色を黄色、橙色、赤色にすることにより、内部が高電圧であることを示すことができる。ちなみに、高電圧な部分に橙色を付することは日本国の法規に基づく要請であるが、金属製のシールド部材に着色する場合は、油分除去、下塗り（防錆処理、密着性向上処理）、上塗りなどを含む金属塗装工程が必要となり製造コストがかかるという問題がある。これに対し、本実施形態では、着色材料を含む樹脂を用いて筒体１３を成形できるので、金属塗装をする場合よりも製造コストを低減させることができる。

本実施形態の骨部材１４は、電線１１が配索される経路に応じた形状に予め形成された金属製又は樹脂製の剛性棒状体である。骨部材１４は、筒体１３の延在方向に沿ってその外周面側に配置されており、結束部材１５によって筒体１３に結束されている。後に詳述するが、本実施形態の骨部材１４は、電線１１が配索される経路のほぼ全体（機器に接続される両端を除く部分）に沿って形成されている。この骨部材１４は剛性を備えているため、可撓性を備えた電線１１、シールド部材１２及び筒体１３のほぼ全体（機器に接続される両端を除く部分）を所定の形状に保つことができる。もっとも、骨部材１４を経路の全体ではなく、経路の一部に沿うように形成することも可能である。

図５に示すように、本実施形態の骨部材１４は、その直径が筒体１３の径よりも細く構成されている。特に限定されないが、骨部材１４は、複数の電線１１を覆うシールド部材１２の外接円の直径、又は複数の電線の束の外接円の直径よりも細くすることができる。このように、電線１１の束を一括して包囲する場合よりも骨部材１４を細く構成することができるので、ワイヤーハーネス１を軽量にすることができる。その結果、ワイヤーハーネス１を自動車２の車体２１の裏側に配索する際の組み付け作業性を向上させることができる。

このように、骨部材１４を筒体１３よりも細く構成することにより、骨部材１４を所定の形状に形成する際に、大規模な折り曲げ装置を必要とせず、小規模な曲げ加工用の装置で加工することができる。この結果、配索経路に沿って三次元的に曲げ加工がし易く、製造コストの低減が可能なワイヤーハーネスを提供することができる。

また、図４及び図５に示すように、本実施形態の骨部材１４は、中空部を有する管構造にすることができる。このように、骨部材１４を管構造にすることにより、同図のように、補機用バッテリ２２ａとＥＣＵを接続する補機用ケーブル１１Ａを骨部材１４の中空部に挿通させることができる。このように、骨部材１４に補機用ケーブル１１Ａを挿通させることにより、車体２１の床裏２１１に配索される補機用ケーブル１１Ａを外傷から守り、耐チッピング性能を向上させることができる。

さらに、本実施形態の骨部材１４は、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、アルミニウム合金または銅合金などの金属から構成することができる。このように、電磁波シールド性能のある金属から骨部材１４を構成することにより、本例に示すように、骨部材１４に補機用ケーブル１１Ａを挿通させた場合に、補機用ケーブル１１Ａをシールドすることができる。特に高電圧の電線１１と隣接して配索すると電線１１からのノイズが低電圧の補機用ケーブル１１Ａに乗り易いが、電磁波シールド性能のある骨部材１４を挿通させることでノイズの発生を抑制することができる。

なお、骨部材１４の形状を中空部の無い中実な円柱形状とすることもできる。この場合は、補機用ケーブル１１Ａを筒体１３に挿通し、補機用ケーブル１１Ａを筒体１３に包囲させて保護することができる。

また、骨部材１４の材料を、金属ではなく、ポリアミド系樹脂、塩化ビニリデン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂などの耐熱性のある樹脂材料から骨部材１４を構成することもできる。この場合も、骨部材１４の形状を中空部の無い中実な円柱形状として、補機用ケーブル１１Ａを筒体１３に挿通させることができる。もちろん、樹脂製の骨部材１４を管構造として、補機用ケーブル１１Ａを骨部材１４の中空部に挿通させることもできる。骨部材１４を樹脂製とすることにより、金属製とした場合よりもワイヤーハーネス１を軽量にすることができる。

本実施形態の骨部材１４は、同図に示すように、筒体１３の外周面に、その延在方向に沿って配置されており、結束部材１５によって筒体１３に結束されている。特に限定されないが、結束部材１４としては、樹脂製のインシュロックや、熱収縮性の樹脂バンドや、接着面を有するテープや、金属製の締結具などを用いることができる。

骨部材１４と一体に結束することにより、可撓性を有する電線１１，補機用ケーブル１１Ａ、シールド部材１２及び筒体１３を、電線１１，１１Ａの配索経路に沿う三次元形状に保つことができるので、組み付け作業における取り扱いを容易にすることができる。

また、図６に示すように、骨部材１４を筒体１３に挿通し、骨部材を筒体１３によって包囲させるようにすることもできる。この場合は、筒体１３の端部から骨部材１４を挿入してもよいが、筒体１３の延在方向に沿って形成された切れ目から骨部材１４を入れ込むようにすることもできる。筒体１３の延在方向に沿って切れ目が形成されている場合は、骨部材１４を入れ込んでから接着面を備えるテープを筒体１３の周囲に巻きつけて骨部材と筒体１３等を一体に結束させることが望ましい。

本例では、骨部材１４を、中空部を有する管構造とし、その中空部に補機用ケーブル１１Ａを挿通させているが、骨部材１４を中実な円柱状とし、補機用ケーブル１１Ａを筒体１３の内側又は外側に配置することができる。骨部材１４を管構造とした場合であっても、補機用ケーブル１１Ａを骨部材１４の中空部に挿通させずに、筒体１３の内側又は外側に配置することも可能である。

次に、ワイヤーハーネス１の組み立て及び取り付け手法について説明する。

まず、骨部材１４を準備する。図７に示すように、骨部材１４は、電線１１が配索される経路のほぼ全体（機器に接続される両端を除く部分）に沿って形成されている。

また、同図に示す筒体１３には、電線１１及び電線１１を包囲しているシールド部材１２が挿通されている。なお、電線１１の一端には電動モータ２４の入出力端子に接続されるコネクタ１ａが取り付けられ、他端にはインバータ２３の入出力端子に接続されるコネクタ１ｂが取り付けられている。

ちなみに、本実施形態では、骨部材１４と電線１１及びシールド部材１２を包囲する筒体１３を別々に準備して、電気自動車の組立工場までトラックなどにより搬送することができる。本実施形態においては、シールド部材１２が編組で構成され、筒体１３が蛇腹部１３１を有するチューブ構造とされているので、電線１１及びシールド部材１２が挿通された筒体１３は三次元的可撓性を備えている。このため、搬送時には所望の形状に変形できるため、その荷姿容積を小さくすることができる。この結果、搬送に係るコストを低減させることができる。

ところで、上述したように、搬送時においてはワイヤーハーネス１が可撓性を備えることは好ましいことであるが、電気自動車２のリヤトランクルーム２１３からフロントトランクルーム２１２まで配索するとなると、ワイヤーハーネス１は３〜４ｍ前後の長尺物になるので、車体２１に組み付ける際にワイヤーハーネス１の形状が不安定になり作業性が低下するおそれがある。

本例では、搬送を終了して電気自動車２に組み付ける前に、ワイヤーハーネス１を電線１１，１１Ａの配索経路に沿う三次元形状に形成された骨部材１４に結束部材１５を用いて結束し、結束後に車体２１に組み付ける。

図８及び図９は、結束され車体２１に組み付けられたワイヤーハーネス１を示す図である。図８は、図１のＺ部を拡大して示す平面図、図９は図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。

本例の結束部材１５は剛性を備える金属や樹脂などで構成され、筒体１３と骨部材１４を結束する。同図に示す結束部材１５は、筒体１３と骨部材１４を両側面から挟み込んで保持する一対の保持部を備えており、筒体１３と骨部材１４を挟み込んだ状態の一対の保持部をボルト１５１ａで締結することにより、筒体１３と骨部材１４を結束することができる。

このように、骨部材１４と結束されることによって、電線１１、シールド部材１２及び筒体１３は、配索経路に沿った形状を保つことができる。

ワイヤーハーネス１の全体の形状が配索経路に沿って保持されたら、ワイヤーハーネス１を車体２１の床裏２１１に接近させ、図８および図９に示すようにフロントフロアパネル２１６に予め溶接されたワイヤーハーネス１の固定用ブラケット２１９に、結束部材１５をボルト１５１ｂで固定する。これにより、ワイヤーハーネス１が車体２１の床裏２１１に固定されることになる。

本例では、骨部材１４と筒体１３とを結束させる結束部材１５を用いて、ワイヤーハーネス１を車体２１に固定するので専用の固定部品を省略することができるというメリットもある。

なお、図６に示すように骨部材１４を筒体１３に挿通させる場合には、図８及び図９に示す結束部材１５を、車体２１にワイヤーハーネス１を固定する固定部品として用いることができる。

以上のように、本発明に係る本実施形態によれば、複数の電線を一括して包囲する剛性パイプを用いなくても、骨部材１４により、電線１１、シールド部材１２及び筒体１３を配索経路に沿った形状に保持できるので、軽量なワイヤーハーネスを提供することができる。この結果、組み付け作業性に優れたワイヤーハーネスを提供することができる。

しかも、本実施形態では、骨部材１４が電線１１の配索される経路の全体に配置されているので、組み付け作業時に可撓性のある電線１１、シールド部材１２及び筒体１３の形状が保持されるため、組み付け作業性に優れたワイヤーハーネスを提供することができる。

また、本発明によれば、電線が配索される経路に応じた形状に形成された骨部材１４には、複数の電線を一括して包囲する太さが要求されないので、小規模な曲げ加工用の装置で加工することができる。この結果、配索経路に沿って三次元的に曲げ加工にかかる労力及びコストを低減させることができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

たとえば、図１および図２に示すバッテリ２２、インバータ２３および電動モータ２４のレイアウトに代えて、バッテリ２２をリヤトランクルームに配置し、インバータ２３をフロントトランクルームに配置することもできる。この場合は、バッテリ２２とインバータ２３を接続する電力供給ライン（直流）用のワイヤーハーネス２８に本発明に係るワイヤーハーネスを適用することが好ましい。

１…ワイヤーハーネス
１ａ，１ｂ…コネクタ
１１…電線
１１Ａ…補機用ケーブル
１２…シールド部材
１３…筒体
１３１…蛇腹部
１４…骨部材
１５…結束部材
１５１ａ，１５１ｂ…ボルト
２…電気自動車
２１…車体
２１１…床裏
２１２…フロントトランクルーム
２１３…リヤトランクルーム
２１４…車室内
２１５…ダッシュパネル
２１６…フロントフロアパネル
２１７…リヤフロアパネル
２１８…エクステンションパネル
２１９…固定用ブラケット
２２…バッテリ
２３…インバータ
２４…電動モータ
２５…変速機
２６…ディファレンシャルギヤ
２７…駆動輪
２８…電力供給ライン（直流）用のワイヤーハーネス

Claims (7)

1. 複数の電線と、
   前記複数の電線を一括して包囲する可撓性を備えたシールド部材と、
   前記シールド部材を包囲する可撓性を備えた筒体と、
   前記電線が配索される経路に応じた形状に形成され、前記筒体に結束された骨部材と、を備えたことを特徴とするワイヤーハーネス。
2. 複数の電線と、
   前記複数の電線を一括して包囲する可撓性を備えたシールド部材と、
   前記シールド部材を包囲する可撓性を備えた筒体と、
   前記電線が配索される経路に応じた形状に形成され、前記筒体に包囲された骨部材と、を備えたことを特徴とするワイヤーハーネス。
3. 請求項１又は２に記載のワイヤーハーネスにおいて、
   前記骨部材は、前記筒体の径よりも細いことを特徴とするワイヤーハーネス。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のワイヤーハーネスにおいて、
   前記骨部材は、中空部を有することを特徴とするワイヤーハーネス。
5. 請求項４に記載のワイヤーハーネスにおいて、
   前記骨部材は、金属製であることを特徴とするワイヤーハーネス。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のワイヤーハーネスにおいて、
   前記筒体は、着色されたコルゲート管であることを特徴とするワイヤーハーネス。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載のワイヤーハーネスにおいて、
   前記電線は、自動車に搭載された機器間に接続され、
   前記筒体は、前記自動車の車体の床裏に配索されるワイヤーハーネス。

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