JP5692003B2 - インバータとモータ内蔵ドライブトレインとの電気的接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、インバータの筐体とモータ内蔵ドライブトレインの筐体との間で、インバータからモータへの電力供給路を確保するための上記２つの筐体間の電気的接続構造に関する。

車輪駆動用のモータを有する電気自動車は、バッテリの直流をモータ駆動に適した交流電力に変換するインバータを備える。車両駆動用のモータは出力トルクが大きいため、インバータも大容量のものが備えられる。バッテリからインバータを通じてモータへ至る電力供給線も、大容量の太いケーブル、あるいは、細長金属板が用いられる。なお、大電力の伝送媒体としての細長金属板は、バスバー（母線）と呼ばれる。また、本明細書における「電気自動車」には、車輪駆動用のモータとエンジンを共に備えるハイブリッド車も含まれる。

太いワイヤケーブルは湾曲し難く、バッテリとインバータ、あるいはインバータとバッテリの間の電力伝送媒体として太いワイヤケーブルを用いるとワイヤケーブルの引き回しが厄介である。そこで、インバータとモータを近接配置し、両者をバスバーで接続することが提案されている（例えば特許文献１）。なお、モータを収容する筐体は、ギアセットなども一緒に内蔵しており、モータとギアセットを合わせてドライブトレイン（あるいはパワートレイン）と称することがある。本明細書では、モータのみを含む駆動系ユニットとモータとギアセットを合わせた駆動系ユニットの双方を「ドライブトレイン」と総称する。

特開２００９−１４２０３８号公報

バスバーを用いると、インバータの筐体に設けられたコネクタからドライブトレインの筐体に設けられたコネクタまでの配線経路がバスバーの形状によって決まるから、配線が容易となる（細長金属板のバスバーは容易に湾曲しないから、初期の形状が配線経路そのものとなる）。その一方で、バスバーの一端を固定すると他端の位置が決まってしまうから、バスバーの両端に夫々コネクタを設け、夫々のコネクタをインバータ側とドライブトレイン側の双方で独立に取り付けることは難しくなる。なお、ここでの「コネクタ」は、インバータ側の端子（あるいはドライブトレイン側の端子）とバスバーとの接続部を外部から遮蔽するカバーのことをいう。バスバーが変形し難いことを利用して、バスバー全体を、コネクタに相当するハウジング（バスバーハウジング）で覆い、バスバーハウジングの両端を夫々インバータの筐体とドライブトレインの筐体に固定することができれば、「コネクタ接続」の作業性向上と部品点数の削減という効果が期待できる。

しかしながら、バスバー全体を覆うバスバーハウジングを採用すると、バスバーハウジングの一端とインバータ筐体との位置合わせと、バスバーハウジングの他端とドライブトレイン筐体との位置合わせを同時にしなければならないという課題が生じる。クリアランス（位置決め公差）を大きくすることは、隙間が生じ塵埃除去あるいは絶縁の観点から好ましくない。特に、コネクタの接合部には、塵埃除去と絶縁、及び、防水のためシール材が取り付けられるが、シール材を挟んだ両部材の位置決めが正確にできないとシール材の脇などに隙間が生じてしまい、シール効果が減殺してしまう。本明細書は上記課題に鑑みて創作された。本明細書は、インバータとドライブトレインを電気的に接続するバスバーに対して、バスバーを覆うバスバーハウジングの組み付け作業性（インバータ筐体及びドライブトレイン筐体の双方と隙間なく取り付ける際の組み付け作業性）を向上させる技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、バスバーハウジングの両端の開口部を同じ方向に向けるとともに、一方の開口部（第１開口部）とインバータ筐体との接合部、及び、他方の開口部（第２開口部）とドライブトレイン筐体との接合部のいずれか一方を端面同士の接合とし、他方を筒の周面同士の接合とする。説明のため、開口部が向いている方向をＸ軸とし、Ｘ軸に直交する方向にＹ軸とＺ軸を設定する。第１開口部はその端面とインバータの端子群（バスバーと接続するための端子群）の周囲の平面と接合し、第２開口部はＸ軸方向に伸びる筒状とし、ドライブトレイン筐体の端子群の周囲に設けられた筒状の囲繞部と接合する。第２開口部と囲繞部は筒同士の接合なので、ＹＺ方向は拘束されるが、両者の接触を保持したままＸ方向には動ける余地がある。他方、第１開口部は端面での接合であるから、Ｘ方向の動きは拘束されるがＹＺ方向には両者の接触を保持したまま動ける余地がある。筒状の第２開口部を囲繞部に差し込み、第１開口部の端面がインバータ筐体の平面と当接するまでバスバーハウジングを押し込めば、第２開口部の筒の周面と囲繞部との密着を保持しながら、第１開口部とインバータ筐体側面を容易に密着させることができる。同じ方向を向いているバスバーハウジング両端開口部の一方を端面での接合とし、他方を筒の周面での接合とすることで、インバータ筐体と開口部、及び、ドライブトレイン筐体と開口部を隙間なく接合することができる。なお、バスバーハウジングの開口部とドライブトレイン筐体とを端面での接合とし、バスバーハウジングとインバータ筐体との接合を筒の周面での接合としてもよい。

本明細書が開示する具体的一態様は以下のとおりである。この技術は、車輪駆動用のモータに電力を供給するインバータと、インバータと隣接して配置されたモータ内蔵ドライブトレインとの間の電力供給路を確保するための電気的接続構造に関する。インバータとドライブトレインはバスバー（細長金属板）で電気的に接続される。バスバーと接続される端子群のうち、ドライブトレインの筐体とインバータの筐体の一方に設けられた端子群を第１端子群と称し、他方の筐体に設けられた端子群を第２端子群と称する。なお、「筐体に設けられた端子群」とは、厳密にいえば、「筐体から露出するように設けられた端子群」の意味である。

第１端子群と第２端子群は同じ方向を向くように設けられる。別言すれば、第２端子群は、第１端子群が設けられた一方の筐体側面と同じ方向を向いている他方の筐体側面に設けられる。第１端子群とバスバーの接続部から第２端子群とバスバーとの接続部まで、バスバー全体にわたりバスバーハウジング及びハウジングカバーで覆われる。バスバーハウジングは、同じ方向を向いて開口する第１開口部と第２開口部を有している。第１開口部は、その端面と、第１端子群を囲む一方の筐体側面の平面との間に平面状シール材を挟んでその一方の筐体に取り付けられる。第２開口部は筒状である。第２開口部は、その筒状周面と、第２端子群を囲むように他方の筐体に設けられた囲繞部の周面との間に筒状シール材を挟んでその他方の筐体に取り付けられる。

上記の電気的接続構造は、バスバーを用いた接続において、インバータ筐体とバスバーハウジングとの間の密封、及び、ドライブトレイン筐体とバスバーハウジングとの間の密封を作業性よく達成することができる。

第１開口部がインバータ筐体と接合されてもよいし、第２開口部がインバータ筐体と接合されてもよい。インバータはドライブトレインに隣接して配置されるが、典型的には、インバータはドライブトレインの上部に固定される。その場合、第１開口部が平面状シールを挟んでインバータの筐体に取り付けられ、第２開口部が第１開口部の下側で筒状シール材を挟んでドライブトレインの筐体に取り付けられる構造を有しているとよい。筒による嵌合部を下側にした方が作業性がよいからである。その場合さらに、第１端子群又は第２端子群の少なくとも一方は、バスバーを共締めするボルト締結面が斜め上方を向いているとよい。特に、第１端子群と第２端子群のうち下側に位置する端子群において、バスバーを共締めするボルト締結面が斜め上方を向いているとよい。下側に位置する端子群に対してはバスバーを締結する際に作業者がボルトを斜め上から締め込む姿勢となるので作業性がよい。

本明細書が開示する技術は、上記した新規な接続構造を有する電気自動車（ハイブリッド車を含む）に適用されることが好適である。

インバータとドライブトレインの電気的接合部位の分解斜視図である。 バスバーハウジングを裏面側からみたときの斜視図である。 図１のＸＺ面における断面図である（分解図）。 ＸＺ面における断面図である（組み立て後）。

図面を参照して実施例の接続構造１００を説明する。この接続構造１００は、電気自動車に搭載されるモータ内蔵のドライブトレイン４と、モータ（不図示）に電力を供給するインバータ２とを電気的に接続するための構造である。より具体的には、インバータの筐体からモータ内蔵ドライブトレイン筐体への、モータを駆動するためのＵＶＷ３相交流電力の供給路を確保するための構造である。図１は、接続構造１００を構成する部品の分解斜視図を示している。図２は、バスバーハウジング１２（後述）を裏面側から見た斜視図である。また、図３は、図１のＸＺ面における断面図（分解図）を示しており、図４は、ＸＺ面における断面図（組み立て後）を示している。なお、図３、図４では、理解を助けるために、図１の各部品を模式化し、一部は簡略化し、一部は変形して描いている。図１は接続構造の全体を俯瞰的に把握するための図であり、シール材（後述）など、一部の部品を省略している。以下の説明は、主として図２と図３を参照しつつ説明する。また、図に示した座標系のＺ軸が鉛直上方を示している。

インバータ２は、ドライブトレイン４の上面に固定されている。図示を省略しているが、ドライブトレイン４は２個のモータを内蔵しており、インバータ２は、それぞれのモータに対するＵＶＷ３相の交流電力を供給する。従ってインバータ２からドライブトレイン４へ、６本の電力供給線を繋げなければならない。図１に示しているように、インバータ２の筐体側面に６個の端子群３が露出している。６個の端子群は、３本一組のＵＶＷ３相の交流電力の２組の端子群である。ドライブトレイン４の筐体側面にも６個の端子群５が露出している。６個の端子群５は、３個が一方のモータにＵＶＷ３相の交流電力を伝えるための端子であり、残りの３個が他方のモータにＵＶＷ３相の交流電力を伝えるための端子である。以下、インバータ２の端子群３を第１端子群と称し、ドライブトレイン４の端子群５を第２端子群と称する。

第１端子群３と第２端子群５は、それらと同数のバスバー１５によって電気的に接続される。バスバー１５は、細長金属板であり、大電流を流すための導電部材である。なお、符号１６が示す部品は、６本のバスバーを保持するバスバーホルダである。第１端子群３は、ボルト９２によってバスバー１５の一方の端部１５ａと共締めされる。第２端子群５は、ボルト９３によってバスバー１５の他端１５ｂと共締めされる（図３参照）。

第１端子群３と第２端子群５は、同じ方向を向いて露出している。別言すれば、第１端子群３が備えられたインバータ側面と第２端子群５が備えられたドライブトレイン側面が同じ方向を向いている。第１端子群３と第２端子群５が同じ方向を向いているため、作業者は一方向からのアクセスでバスバー１５をインバータ側の端子群（第１端子群３）とドライブトレイン側の端子群（第２端子群５）の双方と締結することできる。また、インバータ２とドライブトレイン４は、電気自動車のフロントコンパートメント内に載置されるので、ドライブトレイン４は、フロントコンパートメントの下方に位置する。下側に位置する第２端子群５のボルト締結面５ａは、斜め上方を向いており、作業者がボルトを締結し易くなっている（図３参照）。

インバータ２とドライブトレイン４の双方に締結されたバスバー１５を遮蔽する部品がバスバーハウジング１２とハウジングカバー１３である。バスバーハウジング１２は、バスバー１５の取り付けに先立ってインバータ２とドライブトレイン４に取り付けられる。バスバーハウジング１２は、２個の開口部１２ａ、１２ｂを有している。２個の開口部１２ａと１２ｂは、同じ方向を向いて開口している。第１開口部１２ａは、インバータ２に取り付けられ、第２開口部１２ｂは、ドライブトレイン４に取り付けられる。バスバーハウジング１２を取り付けた後にバスバー１５を取り付け、さらにその後、バスバー１５の後方からハウジングカバー１３を取り付けることによって、バスバー１５は外界から遮蔽される。

第１開口部１２ａの側では、その周囲の端面１２ｄがシール材７を挟んで第１端子群３の周囲の筐体側面２ａと接合される。バスバーハウジング１２は、平面状のシール材７を挟んでインバータ２の側面２ａにボルト９１で締結される。他方、第２開口部１２ｂは、筒状に形成されている（筒状端部１２ｅ）。ドライブトレイン４の側面には、第２端子群５を囲むように筒状の囲繞部４ａが形成されており、筒状シール材８を挟んでその囲繞部４ａにバスバーハウジング１２の筒状端部１２ｅが嵌合する。筒状端部１２ｅはボルト９４によってドライブトレイン４の側面に締結される。シール材７、８は、例えばシリコンゴムでできている。

図３と４によく示されているように、第１開口部１２ａは、図中のＹＺ平面に広がる端面１２ｄでインバータ２の側面に接合される。なお、ボルト９１が通る孔１２ｆと１２ｇは、クリアランスが大きく確保されており、バスバーハウジング１２は、第１開口部１２ａの近辺に限って言えば、第１開口部１２ａ周囲の端面１２ｄとインバータ２の側面２ａとの接触を保ったままＹＺ平面内で移動する余地を有している。

他方、第２開口部１２ｂは、図中のＸ方向に伸びる筒状端部１２ｅの周面が筒状シール材８を挟んでドライブトレイン４の筒状囲繞部４ａと嵌合する。従って、バスバーハウジング１２は、第２開口部１２ｂの近辺に限って言えば、ＹＺ方向には位置が拘束されるが、囲繞部１４ａとＹＺ方向の接触を保ったままＸ方向には移動する余地を有している。

バスバーハウジング１２を取り付ける際、まず、筒状端部１２ｅをドライブトレイン４の囲繞部４ａに嵌め込む（筒状シール材８も嵌め込む）。このとき、作業者は、第１開口部１２ａの側の位置は気にしなくてよい。次に、端面１２ｄがインバータ２の側面２ａに当接するまでバスバーハウジング１２をＸ方向に押し込む（平面シール材７は挟んでおく）。作業者は、単にバスバーハウジング１２（筒状端部１２ｅ）を押し込んで行けばよい。こうして、バスバーハウジング１２は、一方の開口部（第１開口部１２ａ）がインバータ２の側面２ａに密着するとともに、他方の開口部（第２開口部１２ｂ）はその周面でドライブトレイン４の筒状囲繞部４ａと密着する。作業者は、バスバーハウジング１２を、インバータ側ともドライブトレイン側とも容易に隙間なく密着させることができる。

上記の接続構造では、ワイヤではなく、細長金属板のバスバー１５を使ってインバータ２とドライブトレイン４を電気的に接続した。また、バスバー１５はバスバーハウジング１２（及びハウジングカバー１３）によって遮蔽されている。上記の構造は、ワイヤで接続する場合と比較して、部品点数が少なく（ワイヤの両端にコネクタが不要である）、また作業性も良い（バスバー１５の形状が定まっているのでバスバーの夫々の端部をインバータあるいはドライブトレインに締結し易い）。

バスバーハウジング１２は、一方の開口部（第１開口部１２ａ）がその端面でインバータ側面と接合し、他方の開口部（第２開口部１２ｂ）が筒の周面でドライブトレイン４の筒状囲繞部４ａと接合する。上記の構造により、バスバーハウジング１２は、第１開口部１２ａの側と第２開口部１２ｂの側の双方での位置決めが容易である。上記の接続構造１００は、バスバー１５の取り付けとバスバーハウジング１２の取り付け作業の効率を向上させる。

実施例の接続構造についての留意点を述べる。実施例では、バスバーハウジング１２は、インバータ２の側面２ａとは端面で密着し、ドライブトレイン４とは筒の周面で密着した。これとは逆に、インバータ２とは筒の周面で密着し、ドライブトレイン４とは端面で密着するように構成してもよい。

本明細書が開示する電気的接続構造は、車輪駆動用のモータのみを備えエンジンを備えない電気自動車にも車輪駆動用のモータとエンジンを共に備えるハイブリッド車にも適用することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：インバータ
２ａ：端子群露出側面
３：第１端子群
４：ドライブトレイン
４ａ：筒状囲繞部
５：第２端子群
５ａ：ボルト締結面
７：平面シール材
８：筒状シール材
１２：バスバーハウジング
１２ａ：第１開口部
１２ｂ：第２開口部
１２ｄ：端面
１２ｅ：筒状部
１３：ハウジングカバー
１５：バスバー
１６：バスバーホルダ
１００：電気的接続構造

Claims (6)

1. 車輪駆動用のモータに電力を供給するインバータと、前記モータを収容するドライブトレインとの電気的接続構造であり、
   ドライブトレインの筐体とインバータの筐体の一方に設けられた第１端子群と、
   ドライブトレインの筐体とインバータの筐体の他方に設けられており、第１端子群と同じ方向を向くように設けられた第２端子群と、
   第１端子群と第２端子群を接続するバスバーと、
   第１端子群とバスバーとの接続部から第２端子群とバスバーとの接続部までを覆うバスバーハウジング及びハウジングカバーと、
   を備えており、
   バスバーハウジングは、
   同じ方向を向いて開口する第１及び第２開口部を有しており、
   第１開口部は、その端面と、第１端子群を囲むドライブトレインの筐体とインバータの筐体の前記一方の平面との間に平面状シール材を挟んで取り付けられており、
   第２開口部は筒状であり、その筒状周面と、第２端子群を囲むようにドライブトレインの筐体とインバータの筐体の前記他方に設けられた囲繞部の周面との間に筒状シール材を挟んで取り付けられている、
   ことを特徴とする電気的接続構造。
2. インバータは、ドライブトレインに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電気的接続構造。
3. ドライブトレインは複数のモータを内蔵しており、前記第１端子群と第２端子群は、前記複数のモータの夫々へ電力を供給するための端子を含んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気的接続構造。
4. 第１開口部が平面状シールを挟んでインバータの筐体に取り付けられ、第２開口部が筒状シール材を挟んでドライブトレインの筐体に取り付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気的接続構造。
5. 第１端子群と第２端子群のうち下側に位置する端子群は、バスバーを共締めするボルト締結面が斜め上方を向いていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電気的接続構造。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の電気的接続構造を有する電気自動車。