JP2005294215A - インタロック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高電圧機器の保守および点検作業の早期の段階に安全を確保する。
【解決手段】 インタロック装置は、インバータユニットが露出不可能な状態にするように設けられ、筐体５００に対応する形状を有する導電性の上蓋５６０と、上蓋５６０と筐体５００との間に設けられるインタロック検出端子５４０と、上蓋５６０を筐体５００に固定するための導電性のボルト５７０と、ボルト５７０により上蓋５６０が筐体５００に固定されると、インタロック検出端子５４０と筐体５００とが電気的に接続状態となり、ボルト５７０により上蓋５６０が筐体５００に固定されないと、インタロック検出端子５４０と筐体５００とが電気的に非接続状態となるように、インタロック検出端子５４０と筐体５００とを接続する絶縁部材５８０とから構成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高電圧機器のインタロック装置に関し、特に、高電圧機器を機構的および電気的に遮断して保守および点検を行なえるインタロック装置に関する。

ハイブリッド車や電気自動車の構造において、ブレーカ装置および高電圧機器を、客室および荷室から隔絶した空間に配置し、保守用リッドを覆って閉空間内に収容するように構成されている。高電圧機器の保守および点検に際しては、高電圧に対する安全性の確保のために、十分な安全対策が必要不可欠になる。たとえば、以下のような高電圧機器に設けられるインタロックスイッチの技術がある。

トヨタ技術公開集（発行番号１４１３６）（非特許文献１）は、取付構造および配線が簡素化されるＰＣＵ（Power Control Unit）のインタロックスイッチを開示する。このインタロックスイッチは、ＰＣＵケースと、防水グロメットと、ワイヤーハーネスと、インタロック電極と、ＰＣＵカバーと、ボルトとで形成される。

非特許文献１により開示されたＰＣＵのインタロックスイッチによると、インタロックスイッチが、インタロック電極とＰＣＵカバーおよびＰＣＵケースで形成される。そのため、ＰＣＵカバーにコネクタ式のインタロックスイッチがブラケットを介して取り付けられるものよりも、取付構造および配線が簡素化され、インタロックスイッチのコストおよび組付け工数が低減される。
北見明朗，井村仁史，「パワーコントロールユニットのインタロックスイッチ」，トヨタ技術公開集 発行番号１４１３６，２００３年１月３１日

上述のような高電圧機器に設けられるインタロックスイッチにおいては、たとえば、図５に示すように、上カバー６５０に設けられるコネクタ構造は、上カバー６５０とコネクタ６６０との間で絶縁された構造を有する。上カバー６５０が取り外されると、差し込みコネクタ６６０はケース側コネクタ６７０から外れる。このとき、差し込み穴６４０から差し込みコネクタ６６０を介して差し込み穴６８０へと導通する経路が遮断される。しかしながら、作業者が上カバーを取り外す過程において、上カバーの差し込みコネクタ６６０が差し込み穴６８０，６４０の少なくとも一方から抜けるまで、導通する経路が遮断されないためインタロックが作動しない。作業者が保守および点検を、より安全に行なうためには、上カバーを外す作業よりも早期の段階でインタロックを作動させる必要がある。

非特許文献１により開示されるインタロックスイッチにおいても、ＰＣＵカバーを取り外す際に、ＰＣＵカバー、ケースおよびインタロック電極の導通が遮断されるという点では安全対策がとられているが、さらなる安全対策が必要となる場合も想定し得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高電圧機器の保守および点検作業の早期の段階に安全が確保できるインタロック装置を提供することである。

第１の発明に係るインタロック装置は、高電圧機器を収納する導電性の筐体に設けられるインタロック装置である。インタロック装置は、高電圧機器が露出不可能な状態にするように設けられ、筐体に対応する形状を有する導電性の上蓋と、上蓋と筐体との間に設けられる端子と、上蓋を筐体に固定するための導電性の固定部材と、固定部材により上蓋が筐体に固定されると、端子と筐体とが電気的に接続状態となり、固定部材により上蓋が筐体に固定されないと、端子と筐体とが電気的に非接続状態となるように、端子と筐体とを接続するための接続手段とを含む。

第１の発明によると、インタロック装置は、高電圧機器（たとえば、インバータユニット）が露出不可能な状態にするように設けられ、インバータを収納する導電性の筐体に対応する形状を有する導電性の上蓋と、上蓋と筐体との間に設けられる端子と、上蓋を筐体に固定するための導電性の固定部材（たとえば、ボルト）と、ボルトにより上蓋が筐体に固定されると、端子と筐体とが電気的に接続状態となり、ボルトにより上蓋が筐体に固定されないと、端子と筐体とが電気的に非接続状態となるように、端子と筐体とを接続するための接続手段とを含む。これにより、作業者がインバータユニットの保守および点検を行なう際に、作業者がボルトを緩めると、接続手段により端子と筐体とが電気的に非接続状態となる。たとえば、端子と筐体とが非接続状態になることに応じて、インバータユニットの作動を許可しないように制御すると、ボルトを緩める作業において、インバータユニットの作動が不許可となる状態にすることができる。したがって、高電圧機器の保守および点検作業において、より早期の段階に安全が確保できるインタロック装置を提供することができる。

また、ボルトを締結する過程においては、作業者がボルトを締結すると、接続手段により端子と筐体とが電気的に接続状態となる。たとえば、端子と筐体とが接続状態になることに応じて、インバータユニットの作動を許可するように制御にすると、ボルトを締結する作業において、インバータユニットの作動を許可する状態にすることができる。したがって、高電圧機器の保守および点検作業の終了時において、カバーの取り付け後に、ボルトの締結作業が行なわれるまでインバータユニットの作動が不許可となる状態にすることができる。したがって、高電圧機器の保守および点検作業において、より安全を確保することができる。

第２の発明に係るインタロック装置は、第１の発明の構成に加えて、高電圧機器の作動を制御するための制御手段をさらに含む。制御手段は、端子と筐体とが非接続状態となると、高電圧機器の作動を許可しないように制御するための手段を含む。

第２の発明によると、端子と筐体とが非接続状態となると、高電圧機器の作動を許可しないように制御する。これにより、作業者がボルトを緩めると、端子と筐体とが電気的に非接続状態となるため、ボルトを緩める作業において、インバータユニットの作動が不許可となる状態にすることができる。したがって、高電圧機器の保守および点検作業において、より早期の段階に安全を確保することができる。

第３の発明に係るインタロック装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、接続手段は、上蓋と筐体との間に設けられた、凹部形状の溝を有する絶縁体を含む。絶縁体は、予め定められた以上の力で収縮する。端子は、溝に設けられ、厚さが少なくとも溝の深さよりも薄い形状を有する。上蓋は、絶縁体に予められた以上の力が生じるように固定部材により固定される。

第３の発明によると、接続手段は、上蓋と筐体との間に設けられた、凹部形状の溝を有する絶縁体を含む。絶縁体は、予め定められた以上の力で収縮する。端子は、絶縁体の溝に設けられ、厚さが少なくとも溝の深さよりも薄い形状を有する。上蓋は、絶縁体に予め定められた以上の力が生じるように固定部材（たとえば、ボルト）により固定される。ボルトにより上蓋を筐体に予め定められた以上の力が生じるように固定すると、絶縁体は収縮する。凹部形状の溝を有する絶縁体の溝には、端子が設けられる。端子は、溝の深さよりも薄いため、ボルトにより上蓋が筐体に固定されないと、端子と上蓋とは当接しない。ボルトが締結されると、絶縁体が収縮して、端子と上蓋とは当接する。したがって、上蓋に取り付けられたボルトから筐体へと導通する。このようにして、端子と筐体とを電気的に接続状態とすることができる。そして、作業者がボルトを緩めると、絶縁体が弾性により元の形に戻るため、端子と上蓋とが離れる。このようにして、端子と筐体とを電気的に非接続状態とすることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係るインタロック装置ついて説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。

以下においては、本発明に係る筐体にインバータ回路が収納されたインバータユニットを説明する。このインバータ回路は、車両に搭載された二次電池から供給された直流電力を３相交流電力に変換して、３相回転電機であるモータジェネレータに供給する。なお、本発明は、高電圧機器であれば、インバータ回路に限定されるものではない。さらに、本実施の形態においてはハイブリッド車に搭載される場合を説明するが、本発明は、ハイブリッド車両に限定されるものではなく、電気自動車や燃料電池車を含む車両一般に広く適用が可能である。また、以下の説明では、車両の運転者、搭乗者などの一般ユーザや、整備工場の整備担当者を含めて作業者という。

本実施の形態に係るインバータユニットが搭載される車両は、エンジンとモータとを搭載したハイブリッド車であって、駆動用のモータは、フロント側とリヤ側とに搭載され、二次電池により供給された電力により駆動する。

図１に示すブロック図を参照して、この車両は、ニッケル水素電池などの二次電池１００と、走行用のモータジェネレータであるフロントモータジェネレータ７００およびリヤモータジェネレータ８００と、エンジンを始動させるためのスタータジェネレータ９００と、これらのモータジェネレータ７００，８００およびスタータジェネレータ９００に電力を供給するインバータユニット５５０と、二次電池１００とインバータユニット５５０との間に設けられたシステムメインリレー２００と、システムメインリレー２００を制御するＨＶ＿ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００と、インバータユニット５５０を収納する筐体５００とを含む。また、ＨＶ＿ＥＣＵ３００とインタロック検出端子５４０とが電気的に接続される。

フロントモータジェネレータ７００は、車両の前輪駆動軸に接続され、二次電池１００からインバータユニット５５０を介して供給された電力により前輪を駆動したり、前輪により駆動されて回生発電を行なう。リヤモータジェネレータ８００は、車両の後輪駆動軸に接続され、二次電池１００からインバータユニット５５０を介して供給された電力により後輪を駆動したり、後輪により駆動されて回生発電を行なう。回生発電された電力は、二次電池１００を充電するために用いられる。

スタータジェネレータ９００は、スタータモータの機能とオルタネータの機能とを併せもつ。エンジンの間欠運転時にエンジンを始動するとともに、フロントモータジェネレータ７００による発電の補助を行なう。

システムメインリレー２００は、ＨＶ＿ＥＣＵ３００からの制御信号に基づいて二次電池１００からインバータユニット５５０への給電を遮断する。

なお、本実施の形態に係るインバータユニット５５０の代わりに、ＰＣＵであってもよく、このＰＣＵには、インバータやコンバータなどの高電圧機器が収納される。

二次電池１００、インバータユニット５５０、フロントモータジェネレータ７００、リヤモータジェネレータ８００およびスタータジェネレータ９００は、３相パワーケーブルで接続されている。インバータユニット５５０とフロントモータジェネレータ７００とは、インバータユニット５５０のコネクタ５１０を介して３相パワーケーブル６１０により接続され、インバータユニット５５０とリヤモータジェネレータ８００とは、インバータユニット５５０のコネクタ５２０を介して３相パワーケーブル６２０により接続され、インバータユニット５５０とスタータジェネレータ９００とは、インバータユニット５５０のコネクタ５３０を介して３相パワーケーブル６３０により接続されている。

このように、インバータユニット５５０に接続される３相パワーケーブル６１０，６２０，６３０は、インバータユニット５５０とコネクタ５１０，５２０，５３０により接続されている。

図２に示すように、筐体５００には、絶縁部材５８０と、インタロック検出端子５４０と、上蓋５６０とが設けられる。

上蓋５６０は、導電性を有する部材で形成され、筐体５００に対応する形状を有する。上蓋５６０を筐体５００に取り付けると、筐体５００に収納されるインバータユニット５５０が露出不可能な状態となる。筐体５００と上蓋５６０との間には、絶縁部材５８０が設けられる。筐体５００は、導電性を有する部材で形成され、アース接続される。

絶縁部材５８０は、絶縁体であって、弾性を有する部材で形成される。絶縁部材５８０は、特に限定されないが、たとえば、ゴム等の材質で形成される。絶縁部材５８０は、予め定められた以上の力で上蓋５６０と筐体５００とが固定されると、収縮する。また、絶縁部材５８０には、凹部形状の溝を有する。そして、凹部形状の溝には、インタロック検出端子５４０が設けられる。インタロック検出端子５４０の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態において、たとえば、丸形状の端子である。そして、インタロック検出端子５４０の厚さは、凹部形状の溝の深さよりも薄い。そのため、筐体５００と上蓋５６０とが固定されていない状態では、上蓋５６０とインタロック検出端子５４０とは、空隙部を有するため当接しない。

上蓋５６０と筐体５００とは、複数のボルトの締結により固定される。複数のボルトのうち少なくともインタロック検出端子５４０が設けられる箇所に締結されるボルト５７０は、導電性を有する。

図３（Ａ）に示すように、ボルト５７０により上蓋５６０が筐体５００に固定されいてない状態においては、上蓋５６０とインタロック検出端子５４０との間に空隙部が生じる。これは、インタロック検出端子５４０が絶縁部材５８０に設けられる溝の深さよりも薄いためである。その結果、上蓋５６０とインタロック検出端子５４０とは当接しない。

ボルト５７０を筐体５００に締結して、予め定められた以上の力が生じると、上蓋５６０は、筐体５００に固定される。このとき、絶縁部材５８０は上蓋５６０と筐体５００に挟まれて弾性変形する。すなわち、絶縁部材５８０は収縮する。そして、図３（Ｂ）に示すように、上蓋５６０と筐体５００とがボルト５７０により固定されると、インタロック検出端子５４０は、上蓋５６０と当接する。インタロック検出端子５４０が上蓋５６０と当接すると、インタロック検出端子５４０から上蓋５６０およびボルト５７０を介して筐体５００までの経路において電気的に接続状態となる。

すなわち、予め定められた力とは、インタロック検出端子５４０と、上蓋５６０とが当接する程度に絶縁部材５８０が収縮する力である。

ＨＶ＿ＥＣＵ３００は、インタロック検出端子５４０と筐体５００とが電気的に接続状態であるか、非接続状態であるかを検知して、各状態に応じて、インバータユニット５５０の作動を制御する。具体的には、ＨＶ＿ＥＣＵ３００は、インタロック検出端子５４０と筐体５００とが電気的に接続状態であると判断すると、インバータユニット５５０の作動を許可するように制御する。一方、ＨＶ＿ＥＣＵ３００は、インタロック検出端子５４０と筐体５００とが電気的に非接続状態であると判断すると、インバータユニット５５０の作動を許可しないように制御する。

図４を参照して、図１に示すＨＶ＿ＥＣＵ３００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略して記載する。）１０００にて、ＨＶ＿ＥＣＵ３００は、インタロック検出端子５４０と筐体５００とが接続状態であるか否かを判断する。接続状態であるか否かは、特に限定されるものではないが、本実施の形態において、たとえば、インタロック検出端子５４０における電流の変化を検知することにより行なわれる。すなわち、ＨＶ＿ＥＣＵ３００が予め定められた電圧をインタロック検出端子５４０に印加しておく。このとき、筐体５００がアース接続されているため、インタロック検出端子５４０と筐体５００とが接続状態となることに応じて電流が流れる。そのため、ＨＶ＿ＥＣＵ３００は、接続状態であるか否かを、たとえば、インタロック検出端子５４０における電流の変化に基づいて判断する。

接続状態であると判断されると（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、処理はＳ２０００に移される。もしそうでないと（Ｓ１０００にてＮＯ）、処理はＳ３０００に移される。

Ｓ２０００にて、ＨＶ＿ＥＣＵ３００は、システムメインリレー２００へ高電圧電力供給の動作を許可する。この後、処理はＳ１０００に戻される。

Ｓ３０００にて、ＨＶ＿ＥＣＵ３００は、システムメインリレー２００へ高電圧電力供給の動作を許可しない。この後、処理はＳ１０００へ戻される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係るインタロック装置およびＨＶ＿ＥＣＵ３００の動作について説明する。

インバータユニット５５０と上蓋５６０とを締結するボルト５７０が取り外されていない場合には、絶縁部材５８０は、弾性変形して収縮し、インタロック検出端子５４０と上蓋５６０とが当接する。そのため、インタロック検出端子５４０と筐体５００とは、電気的に接続状態となる。ＨＶ＿ＥＣＵ３００は、インタロック検出端子５４０と筐体５００とが接続状態であると判断すると（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、システムメインリレー２００へ高電圧電力供給の動作を許可する（Ｓ２０００）。

一方、車両に搭載されたインバータユニット５５０と上蓋５６０を締結するボルト５７０を作業者が取り外すと、絶縁部材５８０が、その弾性により元の形状に戻る。このとき、インタロック検出端子５４０と上蓋５６０とが離れる。そのため、インタロック検出端子５４０と筐体５００とは、電気的に非接続状態となる。ＨＶ＿ＥＣＵ３００は、インタロック検出端子５４０と筐体５００とが非接続状態であると判断すると（Ｓ１０００にてＮＯ）、システムメインリレー２００へ高電圧電力供給の動作を許可しない（Ｓ３０００）。このとき、ＨＶ＿ＥＣＵ３００は、インバータユニット５５０の動作要求を検知しても、システムメインリレー２００に給電を指示する制御信号を送信しない。

以上のようにして、本実施の形態に係るインタロック装置によると、作業者がインバータユニットの保守および点検を行なう際に、作業者がボルトを緩めると、絶縁部材が弾性により元の形状に戻って、端子と筐体とが電気的に非接続状態となる。そして、端子と筐体とが非接続状態になることに応じて、インバータユニットの作動を許可しないように制御すると、ボルトを緩める作業において、インバータユニットの作動が不許可となる状態にすることができる。したがって、高電圧機器の保守および点検作業において、より早期の段階に安全が確保できるインタロック装置を提供することができる。

また、ボルトを締結する過程においては、作業者がボルトを締結すると、絶縁部材が収縮して、端子と筐体とが電気的に接続状態となる。そして、端子と筐体とが接続状態になることに応じて、インバータユニットの作動を許可するように制御にすると、ボルトを締結する作業において、インバータユニットの作動を許可する状態にすることができる。したがって、高電圧機器の保守および点検作業の終了時において、上蓋の取り付け後に、ボルトの締結作業が行なわれるまでインバータユニットの作動が不許可となる状態にすることができる。したがって、高電圧機器の保守および点検作業において、より安全を確保することができる。

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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。

本発明の実施の形態に係るインバータユニットが搭載される車両のパワートレーンを示す図である。 本発明の実施の形態に係るインタロック装置の概観を示す図である。 図２の３−３断面を示す図である。 ＨＶ＿ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 従来のインタロック装置の概観を示す図である。

符号の説明

１００ 二次電池、２００ システムメインリレー、３００ ＨＶ＿ＥＣＵ、５００ 筐体、５１０，５２０，５３０ コネクタ、５４０ インタロック検出端子、５５０ インバータユニット、５６０上蓋、５７０ ボルト、５８０ 絶縁部材、６１０，６２０，６３０ ３相パワーケーブル、７００ フロントモータジェネレータ、８００ リヤモータジェネレータ、９００ スタータジェネレータ。

Claims (3)

1. 高電圧機器を収納する導電性の筐体に設けられるインタロック装置であって、
   前記高電圧機器が露出不可能な状態にするように設けられ、前記筐体に対応する形状を有する導電性の上蓋と、
   前記上蓋と前記筐体との間に設けられる端子と、
   前記上蓋を前記筐体に固定するための導電性の固定部材と、
   前記固定部材により前記上蓋が前記筐体に固定されると、前記端子と前記筐体とが電気的に接続状態となり、前記固定部材により前記上蓋が前記筐体に固定されないと、前記端子と前記筐体とが電気的に非接続状態となるように、前記端子と前記筐体とを接続するための接続手段とを含む、インタロック装置。
2. 前記インタロック装置は、前記高電圧機器の作動を制御するための制御手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記端子と前記筐体とが非接続状態となると、前記高電圧機器の作動を許可しないように制御するための手段を含む、請求項１に記載のインタロック装置。
3. 前記接続手段は、前記上蓋と前記筐体との間に設けられた、凹部形状の溝を有する絶縁体を含み、
   前記絶縁体は、予め定められた以上の力で収縮し、
   前記端子は、前記溝に設けられ、厚さが少なくとも前記溝の深さよりも薄い形状を有し、
   前記上蓋は、前記絶縁体に前記予められた以上の力が生じるように前記固定部材により固定される、請求項１または２に記載のインタロック装置。

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