JP2013016384A

JP2013016384A - コネクタ構造

Info

Publication number: JP2013016384A
Application number: JP2011149101A
Authority: JP
Inventors: Ryusuke Baba; 隆介馬場
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: JP5937308B2

Abstract

【課題】複数のコネクタを統合して小型化し、コネクタの挿入が容易なコネクタ構造を提供する。
【解決手段】駆動装置１０はトランスアクスル１２と電力変換装置１１とを有し、トランスアクスル１２は、車両前方からモータジェネレータＭＧ１（１３），ＭＧ２（１４）とデフ（１５）を有し、トランスアクスル１２の上方には、各モータジェネレータ１３，１４と電力変換装置１１とを接続する第２コネクタ２３を有している。電力変換装置１１はトランスアクスル１２上に配置され、各モータジェネレータ１３，１４と接続する第１コネクタ２１を有し、コネクタ構造２０は第１コネクタ２１と第２コネクタ２３を接続するパワーケーブル２２を有し、２つのモータジェネレータ１３，１４と接続するコネクタを一つの開口を有するコネクタに集約し、電力変換装置１１及びトランスアクスル１２の側面から取り付け可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のモータジェネレータと単一の電力変換装置とを接続するコネクタ構造に関する。

環境に優しい自動車として、バッテリの電力によって走行する電気自動車やエンジンの駆動力とバッテリの電力によって走行するハイブリッド自動車が知られている。このような車両に搭載される電力変換装置は、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）とも呼ばれている。電力変換装置はバッテリの直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータに駆動電力を供給するために、バッテリの電力を制御するインバータ、昇圧コンバータなどを内蔵している。

電力変換装置は、高電圧、大電流を扱うため、バッテリやモータジェネレータと電力変換装置とを接続するコネクタには高い接続信頼性が求められている。接続信頼性を向上したコネクタとして、例えば特許文献１に記載したものが知られている。このコネクタは、機器側の端子にボルト締めにより接続可能な第１端子を保持する第１ハウジングと、電線の端末部に固着された第２端子を保持すると共に第１ハウジングに嵌合可能とされた第２ハウジングとを備え、両ハウジングの嵌合部には、接続部のボルト締め作業のための作業孔が開口されている。このような構成により、作業孔からハウジングの勘合部内にボルトを差し込み、その勘合部内において重なって配置されている第１端子と第２端子のボルト挿入孔をボルト締めすることにより強固な接続を可能にしている。

一方、電気自動車やハイブリッド自動車の普及に伴い、パワートランジスタ、コンデンサ、抵抗などの電子素子の小型化や大容量平滑コンデンサやリアクトルなどの要素部品の性能向上が進み電力変換装置の小型化が進んでいるが、高電圧、大電流を扱う電力変換装置とモータジェネレータとを接続するコネクタは接続信頼性を維持するため小型化が難しい。このため、小型化する電力変換装置に対するコネクタの占有空間率は増加傾向にある。

特開２００９−３２５００号公報

電力変換装置では、２台のモータジェネレータとデファレンシャルギアを内蔵したトランスアクスルの上に電力変換装置であるＰＣＵを搭載し、モータジェネレータとＰＣＵをパワーケーブルで接続する場合、上述した特許文献１のコネクタをそれぞれ２個搭載した上で２本のパワーケーブルで接続し、それぞれにインターロックスイッチを設ける必要がある。

そこで、２つのコネクタで形成されるコネクタ構造を小型化するために、トランスアクスル側を２つの間口とし、ＰＣＵ側を２組の三相交流線を接続するコネクタとして１つの間口にすると、パワーケーブルが途中で分岐する形式となり、シールドの構成が困難となるばかりでなく、パワーケーブルの製作コストの低減が難しい。また、コネクタの間口を一つにするとＰＣＵに対するコネクタの占有空間率は減少するが、コネクタの外周に設けられた軸シールがあっても、従来さほど大きくなかったコネクタの挿入力が間口を一つにすることにより挿入力が強まり、コネクタの挿入が難しくなる。これは、軸シールの周長さの増大によりコネクタ側面と軸シールとの間で生じる摩擦抵抗やゴムの変形抵抗が大きくなることが考えられる。

さらに、ＰＣＵ側、コネクタ側のバスバがそれぞれ固定されている場合、お互いの公差を吸収することができず、固定されている根元に大きな応力が加わることになり、応力による割れを防ぐためにコネクタの強度を上げる必要がある。コネクタの強度を上げるとコネクタが大型化する。また、ＰＣＵの構成上、コネクタの接続場所がＰＣＵ下部に来る場合、コネクタ端子を横方向からボルト締結する必要があり、コネクタの挿入がより難しくなることで取り付け作業性が低下する場合がある。

そこで、本発明に係るコネクタ構造は、接続信頼性を維持したまま複数のコネクタを統合して小型化し、コネクタの挿入が容易なコネクタ構造を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係るコネクタ構造は、複数のモータジェネレータと単一の電力変換装置とを接続するコネクタ構造において、単一の間口を有する電力変換装置のコネクタは、複数のモータジェネレータと接続する複数のコネクタ端子を収容し、モータジェネレータのコネクタは、コネクタ端子同士を締結するボルト締めによって電力変換装置のコネクタに引き込まれ、モータジェネレータのコネクタと電力変換装置のコネクタとが嵌り合い、その内外周は軸シールによって密閉され、モータジェネレータのコネクタ挿入方向とコネクタ端子同士を締結するボルト挿入方向とを同一方向としたことを特徴とする。

また、本発明に係るコネクタ構造において、モータジェネレータのコネクタは、各コネクタ端子を軸挿入方向に変位可能に保持する保持具を有し、保持具は、弾性体にて形成され、ボルト締めにより発生する各コネクタ端子の位置ずれを吸収することを特徴とする。

また、本発明に係るコネクタ構造において、コネクタ端子は、単一開口に横一例または横二列に配置され、コネクタ締結後の単一の開口は、蓋体によって密閉されることを特徴とする。

また、本発明に係るコネクタ構造において、モータジェネレータのコネクタは、当該コネクタの重心位置近傍に配置されたボルトにより電力変換装置のコネクタを引き込むと共に、コネクタ端子同士を締結するボルトを有することを特徴とする。

本発明に係るコネクタ構造を利用することにより、電力変換装置のコネクタの間口を１つにすることで強まったコネクタの挿入力であっても容易に接続することができるという効果がある。また、コネクタの取り付け位置により取り付けが困難となり、取り付け作業性が低下する場合であっても、作業性を低下させずにコネクタの取り付けができるという効果がある。

本発明の実施形態に係るコネクタ構造を説明する説明図である。第１実施形態に係るコネクタ構造の斜視図である。図２に示したコネクタ構造の断面図である。図１に示したコネクタ構造の取り付け方法を説明する説明図である。図１に示したコネクタ構造の取り付け方法を説明する説明図である。図１に示したコネクタ構造の第２実施形態を説明する説明図である。図１に示したコネクタ構造の第３実施形態を説明する説明図である。図１に示したコネクタ構造の第４実施形態を説明する説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は電気自動車またはハイブリッド自動車の駆動装置１０におけるコネクタ構造２０を示している。駆動装置１０はトランスアクスル１２と電力変換装置１１とを有し、トランスアクスル１２は、車両前方からモータジェネレータＭＧ１（１３），ＭＧ２（１４）とデファレンシャルギア（デフ：１５）を有し、トランスアクスル１２の上方には、各モータジェネレータ１３，１４と電力変換装置１１とを接続する第２コネクタ２３を有している。電力変換装置１１はトランスアクスル１２上に配置され、各モータジェネレータ１３，１４と接続する第１コネクタ２１を有し、コネクタ構造２０は第１コネクタ２１と第２コネクタ２３を接続するパワーケーブル２２を有している。パワーケーブル２２は、三相交流モータであるモータジェネレータにＵ相，Ｖ相，Ｗ相をそれぞれ供給する。

本実施形態において特徴的な事項の一つは、２つのモータジェネレータ１３，１４と接続するコネクタを一つの開口を有するコネクタに集約し、電力変換装置１１及びトランスアクスル１２の側面から取り付け可能としたことである。なお、第１コネクタ２１と第２コネクタ２３はそれぞれオスコネクタとメスコネクタとを有し、単一開口に横一列に配置した各コネクタが嵌り合うことで電気的に接続される。このような構造にすることにより、コネクタの数を減らし、コネクタ自身をケースに止めるためのボルトを削減することによりコネクタ構造を小型化することが可能となる。

図２は電力変換装置１１のメスコネクタに嵌り合うオスコネクタ（第１コネクタ２１）を示している。オスコネクタは、モータジェネレータから延びるパワーケーブル２２と、ＭＧ１用端子２６及びＭＧ２用端子２７を保持するコネクタハウジング２４と、メスコネクタに嵌り合いケースの内面に接触してコネクタハウジング２４内を密閉するケースシール２５と、を有している。また、オスコネクタの重心位置近傍のＭＧ２用端子２７には、コネクタ固定及びコネクタ取り付けのための固定引込ボルト２８が取り付けられている。

本実施形態では、２つのモータジェネレータ１３，１４と接続するコネクタを一つの開口を有するコネクタに集約したことから、従来のコネクタよりもシール周長が長くなり、電力変換装置のケース面内側との摩擦抵抗が約１００Ｎ〜１５０Ｎと大きくなるため、組付け時に大きな挿入力を必要とする。そこで、本実施形態では、コネクタ挿入方向とボルト締結方向を一致させ、予め、固定引込ボルト２８をＭＧ２用端子２７に仮止めしておき、組付け時に固定引込ボルト２８をメスコネクタのネジ部に挿入してネジをインパクトドライバなどにて締め込むことでオスコネクタをメスコネクタに挿入することを可能にする。なお、固定引込ボルト２８はＣリングなどによる抜け止め処理を伴ってＭＧ２用端子２７に仮止めされ、ＭＧ２用端子２７は挿入力に十分耐える強度を有していることはいうまでもない。

図３は、図２におけるコネクタ構造（オスコネクタとメスコネクタ）の断面を示している。オスコネクタは、電力変換装置ケース３３に取り付けられたメスコネクタとなる第１端子台３１に固定引込ボルト２８及びその他の固定用ボルトによって固定されている。ここで、オスコネクタと第１端子台３１との位置を規定するため、電力変換装置ケース３３には第１端子台３１の位置決めのための凹部が設けられ、第１端子台３１の凸部が嵌り合い、電力変換装置ケース３３とコネクタハウジング２４を介してＭＧ２用端子２７が位置決めされている。また、パワーケーブル２２のＭＧ２用端子２７は、コネクタハウジング２４によって位置決めされて第１端子台３１のＭＧ２用バスバ３２に接続され、電力変換装置の回路に接続されている。ＭＧ２用端子２７を締結する固定引込ボルト２８が取り付けられた後、コネクタハウジング２４の開口部を密閉すると共に電磁シールドのためのシールドシェル２９がコネクタハウジング２４を覆うように取り付けられている。以下、すでに説明をした構成については重複説明を割愛する。

図４と図５は、図１における第１コネクタ構造の取り付け方法を示し、ＭＧ２用端子２７と第１端子台３１のＭＧ２用バスバ３２の位置決めについて示している。本実施形態で特徴的な事項の一つは、公差をケースシール２５により吸収させることである。公差吸収は、図４に示したケースシールの軸内外周方向の変形を使用するものと、図５に示したケースシール２５の可動距離内において使用するものがある。

最初に、図４を用いてケースシールの軸内外周方向の変形について述べる。電力変換装置ケース３３に固定された第１端子台３１のネジ孔３４中心から電力変換装置ケース３３の基準面３３ｂまでの距離はＬ１であり、コネクタハウジング２４の固定引込ボルト２８中心からコネクタハウジング２４の外周２４ａまでの距離はＬ２である。ここで、ケースシール２５はＬ１−Ｌ２の公差を吸収することにより、コネクタ組付け時のボルト締め付けにより端子に加わる荷重を低減させることが可能となる。なお、基準面３３ｂは、ＭＧ２用端子が配置されている側に設定されている。

次に図５を用いてケースシール２５の可動距離内による公差吸収について述べる。可動距離は、コネクタハウジング２４を第１端子台３１に接近させ、固定引込ボルト２８をネジ孔３４に挿入した場所からケースシール２５が電力変換装置ケース３３の基準面３３ｂに接触して密閉するまでの距離であり、この可動距離は、固定引込ボルト２８の締込み長さと等しい。固定引込ボルト２８は、コネクタハウジング２４の重心に近い位置に取り付けられていることから、コネクタ組付け時のガタを規制すると共に、移動に伴い公差を除々に減らして（又は、慣らして）コネクタ端子同士を接触させることが可能となる。次に、より積極的に公差吸収を可能にする実施形態を説明する。

図６は、図１における第１コネクタ構造の第２実施形態を示している。第２の実施形態では、ＭＧ１用端子２６とＭＧ２用端子２７を弾性体（ゴム、シリコンゴム、ブチルゴム等）であるＵ字型グロメット４３のファミリーシールで一括シールしてパワーケーブル貫通型の部品と、Ｕ字型グロメット４３が嵌り合うコネクタハウジング４２としたことである。Ｕ字グロメット４３には、電磁シールドのための一括編素線４４がカシメリング５１によりかしめられており、Ｕ字型グロメット４３にはシールラビリンス部４５を有する。また、第１コネクタ構造の重心近傍の端子には固定引込ボルト２８が挿入され、固定引込ボルト２８を取り付け先のネジ孔に締め込むことでＵ字型グロメット４３がコネクタハウジング４２に組付けられ、コネクタ挿入作業の取扱性が向上する。

図７は、図１における第１コネクタ構造の第３実施形態を示し、図７（Ａ）は電力変換装置ケース３３に設けられた第１端子台４８であり、図７（Ｂ）はグロメットで一括シールした第１コネクタ４１である。本実施形態で特徴的な事項の一つは、ＭＧ１用端子２６及びＭＧ２用端子２７に接続されたパワーケーブルをＵ字型グロメット４３のファミリーシールで一括シールし、パワーケーブル貫通型のコネクタとしたことである。このような構成にすることにより、樹脂製のコネクタハウジングを省略することでコネクタを挿入する際の挿入力を低減し、Ｕ字型グロメット４３の可とう性により締結方向の公差吸収性を確保している。

コネクタ組付け手順は、図７（Ｂ）の第１コネクタ４１を図７（Ａ）の第１端子台４８に取り付け、Ｕ字型グロメット４３と嵌り合う溝に密着させ、上側から面シールサービスカバー４９を被せてボルト固定することにより面シールを行う。さらに、図７（Ｂ）の端子部は、電磁シールドのための一括編素線４４及びカシメリング５１と、Ｕ字型グロメット４３にはシールラビリンス部４５とを有することで分割組付けであっても第１端子台４８への組付けを容易にしている。

図８は、図１における第１コネクタの第４実施形態を示している。本実施形態で特徴的な事項の一つは、単一開口に横二列で端子を配置し、シールドシェル４７も同様に横二列の端子を覆う蓋にしたことである。このような構成にすることで、横幅を制限することが可能となる。また、固定引き込みボルト２８を第１コネクタの重心位置近くの端子に仮止めすることにより、端子台への取り付けを容易にしている。

以上、上述したように、本実施形態に係るコネクタ構造を用いることにより、電力変換装置のコネクタの間口を１つにすることで強まったコネクタの挿入力であっても容易に接続することができる。また、コネクタの取り付け位置により取り付けが困難となり、取り付け作業性が低下する場合であっても、作業性を低下させずにコネクタの取り付けが可能となる。なお、本実施形態では説明の都合上、オスコネクタとメスコネクタを例示して説明したが、入れ替えて構成してもよい。

１０駆動装置、１１電力変換装置、１２トランスアクスル、１３，１４モータジェネレータ、２０コネクタ構造、２１，４１第１コネクタ、２２パワーケーブル、２３第２コネクタ、２４コネクタハウジング、２４ａ外周、２５ケースシール、２６ＭＧ１用端子、２７ＭＧ２用端子、２８固定引込ボルト、２９シールドシェル、３１，４８第１端子台、３２ＭＧ２用バスバ、３３電力変換装置ケース、３３ｂ基準面、３４ネジ孔、４３Ｕ字型グロメット、４４一括編素線、４５シールラビリンス部、４７シールドシェル、４９面シールサービスカバー、５１カシメリング。

Claims

複数のモータジェネレータと単一の電力変換装置とを接続するコネクタ構造において、
単一の間口を有する電力変換装置のコネクタは、複数のモータジェネレータと接続する複数のコネクタ端子を収容し、
モータジェネレータのコネクタは、コネクタ端子同士を締結するボルト締めによって電力変換装置のコネクタに引き込まれ、
モータジェネレータのコネクタと電力変換装置のコネクタとが嵌り合い、その内外周は軸シールによって密閉され、
モータジェネレータのコネクタ挿入方向とコネクタ端子同士を締結するボルト挿入方向とを同一方向としたことを特徴とするコネクタ構造。
請求項１に記載のコネクタ構造において、
モータジェネレータのコネクタは、各コネクタ端子を軸挿入方向に変位可能に保持する保持具を有し、
保持具は、弾性体にて形成され、ボルト締めにより発生する各コネクタ端子の位置ずれを吸収することを特徴とするコネクタ構造。
請求項１に記載のコネクタ構造において、
コネクタ端子は、単一開口に横一例または横二列に配置され、
コネクタ締結後の単一の開口は、蓋体によって密閉されることを特徴とするコネクタ構造。
請求項１に記載のコネクタ構造において、
モータジェネレータのコネクタは、当該コネクタの重心位置近傍に配置されたボルトにより電力変換装置のコネクタを引き込むと共に、コネクタ端子同士を締結するボルトを有することを特徴とするコネクタ構造。