JP2012146580A

JP2012146580A - 電力ケーブルの絶縁ブッシュ

Info

Publication number: JP2012146580A
Application number: JP2011005371A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Hotta; 欣生堀田; Kei Fujimoto; 圭藤本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-08-02

Abstract

【課題】電力ケーブルが破断した際の電力ケーブルからの漏電を抑制する。
【解決手段】先端に圧着端子１１が取り付けられる導電体３０１を絶縁部材３０２で被覆した電力ケーブル３００の外側に圧着端子１１と近接して取り付けられる円筒形の絶縁ブッシュ２０であって、絶縁性の弾性体で根元端２２ａ，２３ａが端面２４の周縁に取り付けられ、先端２２ｂ，２３ｂが端面と接離する方向に開閉する板状の弁体２２，２３を備え、弁体２２，２３の各先端２２ｂ，２３ｂは端面と圧着端子１１の根元部１７との距離が正常距離の場合根元部１７の外面に当たるよう押し開かれ、該距離が正常距離よりも長い異常距離Ｄ₂の場合には端面を覆うように閉じる。
【選択図】図５

Description

本発明は、電力ケーブルの外面に取り付けられる絶縁ブッシュの構造に関する。

近年、ハイブリッド車両や電気自動車等の電動車両が用いられるようになっている。このような電動車両では、２００Ｖ程度のバッテリの電圧を４００から６００Ｖに昇圧した直流電力をインバータで三相交流に変換して交流モータに供給して車両を駆動しているものが多い。このような電動車両では、インバータとモータとの間には４００から６００Ｖの高圧に耐えられる電力ケーブルが用いられる。

一方、電動車両が衝突した場合に、電力ケーブルに大きな張力がかかり、電力ケーブルが破断し、コンデンサ等が含まれているインバータ等に接続された電力ケーブルから漏電が発生する場合がある。そこで、インバータなどが格納されているＰＣＵの電力端子とモータなどの駆動ユニットの電力端子とを接続する電力ケーブルにおいて、ＰＣＵ側の接続端子をカシメ取り付けする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、電力ケーブルに大きな張力がかかった場合にＰＣＵ側の電力ケーブルが接続端子から抜けてあるいはこの部分が破断し、ＰＣＵと電力ケーブルが接続された状態で電力ケーブルが破断しないようにすると共に、ＰＣＵの電力端子の周囲に絶縁カバーを取り付け、ＰＣＵの電力端子からの漏電が起きないようにすることができる。

特開２００９−５１２８４号公報

しかし、電気自動車内部での高圧ケーブルの配置、経路は複雑であり、衝突の際に必ずしもインバータ側の接続端子から電力ケーブル抜けたり、インバータ側の端子近傍で電力ケーブルが破断したりするとは限らない。また、衝突は、前突のみならず横方向の衝突、後ろからの衝突等さまざまな形態となるので、例えば、前突の場合には計画したようにインバータ側の接続端子から電力ケーブが抜けたり、インバータ側の端子近傍で電力ケーブルが破断したりしても、横からあるいは後ろからの衝突の場合には、この様にならず、インバータに接続された状態で破断した電力ケーブルが残ることにより漏電が発生するという場合がある。

本発明は、電力ケーブルが破断した際の電力ケーブルからの漏電を抑制することを目的とする。

本発明の電力ケーブルの絶縁ブッシュは、先端に端子が取り付けられる導電体を絶縁部材で被覆した電力ケーブルの外側に前記端子と近接して取り付けられる筒形の絶縁ブッシュであって、絶縁性の弾性体で、一端が前記絶縁ブッシュの端子側の端面の周縁に取り付けられ、他端が前記絶縁ブッシュの前記端面と接離する方向に開閉する板状の弁体を備え、前記弁体の前記他端は、前記絶縁ブッシュの前記端面と前記端子との距離が正常距離の場合は前記端子の外面に当たるよう押し開かれ、前記絶縁ブッシュの前記端面と前記端子との距離が正常距離よりも所定の距離以上長い異常距離の場合には前記絶縁ブッシュの前記端面を覆うように閉じること、を特徴とする。

本発明の電力ケーブルの絶縁ブッシュにおいて、前記弁体の前記他端は、前記導電体が前記端子と前記絶縁ブッシュの前記端面との間で破断した際には、破断した前記導電体の破断面を覆うように閉じること、としても好適であるし、前記絶縁ブッシュは厚肉の筒形で、前記弁体の前記一端から他端までの長さは、絶縁ブッシュの厚さと前記絶縁部材の厚さと前記導電体の径との合計長さよりも長いこと、としても好適であるし、前記弁体は前記絶縁ブッシュの端面に放射状に複数配置されていること、としても好適である。

本発明は、電力ケーブルが破断した際の電力ケーブルからの漏電を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における絶縁ブッシュが取り付けられた電力ケーブルによって接続されるインバータと駆動ユニットとを示す説明図である。本発明の実施形態における絶縁ブッシュが取り付けられた電力ケーブルが組み込まれたコネクタを示す斜視図である。本発明の実施形態における絶縁ブッシュが取り付けられた電力ケーブルが組み込まれたコネクタの正常状態を示す断面図である。本発明の実施形態における絶縁ブッシュが取り付けられた電力ケーブルの正常状態を示す斜視図である。本発明の実施形態における絶縁ブッシュが取り付けられた電力ケーブルが破断した異常状態となったコネクタと電力ケーブルとを示す断面図である。本発明の実施形態における絶縁ブッシュが取り付けられた電力ケーブルが破断した異常状態を示す斜視図である。本発明の他の実施形態における絶縁ブッシュが取り付けられた電力ケーブルの端面を示す説明図である。本発明の他の実施形態における絶縁ブッシュが取り付けられた電力ケーブルの端面を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本実施形態の電力ケーブルの絶縁ブッシュについて説明する前に、図１を参照して電動車両５００の電気系統について説明する。図１に示すように、電動車両５００には、図示しないバッテリが接続され、バッテリから供給された直流電力を三相交流電力に変換して出力するインバータ１００と、インバータ１００から供給された三相交流電力によって駆動される駆動ユニット２００とが搭載されている。インバータ１００と駆動ユニット２００とはいずれも電動車両５００の、例えば、前方などに固定されている。そして、インバータ１００と駆動ユニット２００との間は４００Ｖ〜６００Ｖ程度の高電圧に耐えられる電力ケーブル３００によって接続されている。

図１に示すように、インバータ１００はケーシング１０１とケーシング１０１に固定され、ケーシング１０１とは電気的に絶縁されている出力端子台１０２とを含んでいる。同様に、駆動ユニット２００もケーシング２０１とケーシング２０１に固定され、ケーシング２０１と電気的に絶縁されている入力端子台２０２とを含んでいる。出力端子台１０２と入力端子台２０２との間は電力ケーブル３００によって接続されている。電力ケーブル３００の両端にはそれぞれインバータ１００の出力端子台１０２と、駆動ユニット２００の入力端子台２０２とに接続されるコネクタ１０、５０が取り付けられている。

図２に示すように、各コネクタ１０，５０は、絶縁部材３０２で被覆された電力ケーブル３００と電力ケーブル３００の導電体３０１に接続された圧着端子１１、５１とを電気的に絶縁して支持する樹脂製のハウジング１４，５４とフランジ１２，５２を備えている。ハウジング１４，５４には三相交流のＵ，Ｖ，Ｗの各相に対応するように３本の電力ケーブル３００と３つの圧着端子１１，５１が支持されている。また、各圧着端子１１，５１の先端は平板状の接続板１５となっており、ボルトが通る穴が設けられている。

図１に示すように、ハウジング１４，５４は各フランジ１２，５２をボルト１３，５３によって各ケーシング１０１，２０１に取り付けることで各ケーシング１０１，２０１に固定されている。電力ケーブル３００の導電体３０１の両端に接続された各圧着端子１１，５１はそれぞれボルト１０３，２０３によって各端子台１０２，２０２に固定され、各端子台１０２，２０２は電力ケーブル３００によって電気的に接続されている。

図３に示すように、電力ケーブル３００は、導電体３０１の外面を絶縁部材３０２で被覆したもので、電力ケーブル３００の先端側は絶縁部材３０２の被覆が剥がされ、導電体３０１が露出している。この露出した導電体３０１の先端側には圧着端子１１が取り付けられている。圧着端子１１は、カシメにより押しつぶされてその外径が細くなって導電体３０１を圧着しているカシメ部１６と、押しつぶされずに元の外径を略保っている略円筒形の根元部１７と、平板状で電力ケーブル３００の先端側に伸びる接続板１５とを含んでいる。接続板１５はボルト１０３によってインバータ１００の出力端子台１０２に取り付けられている。圧着端子１１の根元部１７の電力ケーブル３００側端部と絶縁部材３０２で被覆されている電力ケーブル３００との隙間３０３は導電体３０１が露出している。隙間３０３の導電体３０１の断面積は、被覆された電力ケーブル３００の中の導電体３０１よりも小さくなっている。このため、圧着端子１１と電力ケーブル３００との長手方向の接続強度は、カシメ部１６と導電体３０１の先端側との間の圧着力と、隙間３０３の導電体３０１の断面強度によって決まってくる。カシメ部１６による圧着力が隙間３０３の導電体３０１の断面強度よりも小さい場合には、電力ケーブル３００に大きな引張力がかかった場合に、導電体３０１の先端がカシメ部１６から抜けることによって圧着端子１１と電力ケーブル３００との接続が破断し、カシメ部１６による圧着力が隙間３０３の導電体３０１の断面強度よりも大きい場合には、電力ケーブル３００に大きな引張力がかかった場合に、隙間３０３の導電体３０１が破断することによって圧着端子１１と電力ケーブル３００との接続が破断する。本実施形態のコネクタ１０では、カシメ部１６による圧着力が隙間３０３の導電体３０１の断面強度よりも大きくなるように設計されており、電力ケーブル３００に大きな引張力がかかった場合には、隙間３０３の導電体３０１が破断することによって圧着端子１１と電力ケーブル３００との接続が破断するよう構成されている。

図３に示すように、電力ケーブル３００の圧着端子１１側の絶縁部材３０２の外側には圧着端子１１の根元部１７に近接して円筒形の絶縁ブッシュ２０が嵌め込まれている。絶縁ブッシュ２０はゴムあるいは樹脂等の弾性のある絶縁体であり、その外面はコネクタ１０のハウジング１４の円筒形の穴１８の内面に接触するよう取り付けられている。このように、絶縁ブッシュ２０は、ハウジング１４の穴１８の内面と電力ケーブル３００の絶縁部材３０２の外面との間の隙間を埋めつつ、電力ケーブル３００をコネクタ１０のハウジング１４に固定するものである。図３に示すように、絶縁ブッシュ２０によってコネクタ１０のハウジング１４の内部に格納されている接続板１５以外の圧着端子１１の部分及び圧着端子１１の根元部１７と絶縁部材３０２との間の隙間３０３の導電体３０１は外部から触れることができないように構成され、この部分から外部に漏電が起こらないように構成されている。

図３、図４に示すように、円筒形で肉厚の絶縁ブッシュ２０の圧着端子１１側の端面２４には長方形板状の絶縁性の弾性対の弁体２２，２３が上下２箇所に取り付けられている。弁体２２，２３はその根元端２２ａ，２３ａの絶縁ブッシュ２０側の面が絶縁ブッシュ２０の端面２４の周縁に取り付けられ、先端２２ｂ，２３ｂが絶縁ブッシュ２０の端面２４に接離する方向に移動するものであり、各根元端２２ａ，２３ａから各先端２２ｂ，２３ｂまでの長さは、円筒形の絶縁ブッシュ２０の肉厚に電力ケーブル３００の絶縁部材３０２の厚さと導電体３０１の径の合計長さよりも長くなるよう構成されている。そして、図３、図４に示すように、圧着端子１１の根元部１７と絶縁ブッシュ２０の端面２４との間の距離が正常な正常距離Ｄ₁の場合には、上下に設けられた各弁体２２，２３の各先端２２ｂ，２３ｂは圧着端子１１の円筒形の根元部１７の外面に当たるように押し開かれている。

図５、図６に示すように、衝突等で電力ケーブル３００に大きな引張力がかかり、電力ケーブル３００と圧着端子１１との間の隙間３０３にある導電体３０１が破断すると、電力ケーブル３００は絶縁ブッシュ２０と共にコネクタ１０のハウジング１４から抜ける。すると、圧着端子１１の根元部１７と絶縁ブッシュ２０の端面２４との間の距離は正常距離Ｄ₁よりも所定の距離だけ大きな異常距離Ｄ₂となる。ここで所定の距離は、弁体２２，２３の先端２２ｂ，２３ｂが圧着端子１１の根元部１７に掛からなくなる距離である。すると、図５、図６に示すように、絶縁ブッシュ２０の端面２４の上下に取り付けられた各弁体２２，２３の先端２２ｂ，２３ｂは、圧着端子１１の根元部１７の外面から外れ、その弾性力によって絶縁ブッシュ２０の端面２４に向って移動する。各弁体２２，２３の各根元端２２ａ，２３ａから各先端２２ｂ，２３ｂまでの長さは、それぞれ絶縁ブッシュ２０の肉厚と電力ケーブル３００の絶縁部材３０２の厚さと導電体３０１の径の合計長さよりも長くなっているので、絶縁ブッシュ２０の端面２４の側に向かって移動した各弁体２２，２３は、絶縁ブッシュ２０の端面２４と破断した隙間３０３の導電体３０１の破断面３０４を覆うように閉じ、導電体３０１が露出しないようにカバーする。図５、図６に示すように、本実施形態では導電体３０１の破断面３０４を下側の弁体２３が覆い、その上に上側の弁体２２が重なるように覆いかぶさるようになっているが、弁体２２，２３の重なり順は逆であってもよい。これによって電力ケーブル３００が隙間３０３の部分で破断した場合でも電力ケーブル３００の導電体３０１が露出せず、電力ケーブル３００からの漏電を防止することができる。

また、図５に示すように、電力ケーブル３００が隙間３０３で破断すると、コネクタ１０の中には圧着端子１１のカシメ部１６と根元部１７と、破断した隙間３０３の導電体３０１の残りの部分とが残るが、いずれの部分もコネクタ１０の絶縁体のハウジング１４の内部に残った状態となっているので、インバータ１００のコンデンサに溜まった電荷等がこの部分から漏電することも抑制することができる。

以上、説明したように、本実施形態の電力ケーブル３００の絶縁ブッシュ２０は、電力ケーブル３００が破断した際の電力ケーブル３００からの漏電を抑制することができるという効果を奏する。

図７、図８を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。先に図１から図６を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付してその説明は省略する。図７に示す実施形態は、長方形板状の４つの弁体３１〜３４を絶縁ブッシュ２０の端面２４に９０度ずつずらして放射状に配置したものである。先に説明した実施形態と同様、本実施形態でも各弁体３１〜３４の各根元端３１ａ〜３４ａは、端面２４の周縁に固定され、各根元端３１ａ〜３４ａと各先端３１ｂ〜３４ｂとの間の長さは、絶縁ブッシュ２０の肉厚と電力ケーブル３００の絶縁部材３０２の厚さと導電体３０１の径の合計長さよりも長くなっているので、各弁体３１〜３４が閉じた際には、それぞれ絶縁ブッシュ２０の端面２４と破断した隙間３０３の導電体３０１の破断面３０４を覆うように閉じ、導電体３０１が露出しないようにカバーする。図８に示す実施形態は、弁体４１，４２が長方形板状ではなく、先端４１ｂ，４２ｂが円弧状となっており、根元端４１ａ，４２ａが端面２４の周縁に固定されたものである。図７、図８に示した各実施形態とも先に図１から図６を参照して説明した実施形態と同様の効果を奏する。

１０，５０コネクタ、１１，５１圧着端子、１２，５２フランジ、１３，５３ボルト、１４，５４ハウジング、１５接続板、１６カシメ部、１７根元部、１８穴、２０絶縁ブッシュ、２２，２３，３１〜３４，４１，４２弁体、２２ａ，２３ａ，３１ａ〜３４ａ，４１ａ，４２ａ根元端、２２ｂ，２３ｂ，３１ｂ〜３４ｂ，４１ｂ，４２ｂ先端、２４端面、１００インバータ、１０１，２０１ケーシング、１０２出力端子台、１０３，２０３ボルト、２００駆動ユニット、２０２入力端子台、３００電力ケーブル、３０１導電体、３０２絶縁部材、３０３隙間、３０４破断面、５００電動車両。

Claims

先端に端子が取り付けられる導電体を絶縁部材で被覆した電力ケーブルの外側に前記端子と近接して取り付けられる筒形の絶縁ブッシュであって、
絶縁性の弾性体で、一端が前記絶縁ブッシュの端子側の端面の周縁に取り付けられ、他端が前記絶縁ブッシュの前記端面と接離する方向に開閉する板状の弁体を備え、
前記弁体の前記他端は、前記絶縁ブッシュの前記端面と前記端子との距離が正常距離の場合は前記端子の外面に当たるよう押し開かれ、前記絶縁ブッシュの前記端面と前記端子との距離が正常距離よりも所定の距離以上長い異常距離の場合には前記絶縁ブッシュの前記端面を覆うように閉じること、
を特徴とする電力ケーブルの絶縁ブッシュ。
請求項１に記載の電力ケーブルの絶縁ブッシュであって、
前記弁体の前記他端は、前記導電体が前記端子と前記絶縁ブッシュの前記端面との間で破断した際には、破断した前記導電体の破断面を覆うように閉じること、
を特徴とする電力ケーブルの絶縁ブッシュ。
請求項１または２に記載の電力ケーブルの絶縁ブッシュであって、
前記絶縁ブッシュは厚肉の筒形で、
前記弁体の前記一端から他端までの長さは、前記絶縁ブッシュの厚さと前記絶縁部材の厚さと前記導電体の径との合計長さよりも長いこと、
を特徴とする電力ケーブルの絶縁ブッシュ。
請求項１から３のいずれか１項に記載の電力ケーブルの絶縁ブッシュであって、
前記弁体は前記絶縁ブッシュの端面に放射状に複数配置されていること、
を特徴とする電力ケーブルの絶縁ブッシュ。