JP2015521352A - 電気デバイスおよびワイヤを具備した相互接続アセンブリならびに相互接続方法 - Google Patents

Abstract

自動車用デバイス（３００）をケーブルまたはワイヤに電気的に接続するための、相互接続アセンブリである。アセンブリは、デバイス、ワイヤに取り付けられた端子、およびガイドハウジング（７００）を具備している。デバイスは、内部にバスバー接続部を収容している。ガイドハウジング（７００）は、開口部（３９０）を通じて、端子が前記バスバー接続部（３１０，３２０）に接続されていない嵌合されていない位置から、端子がバスバー接続部（３１０，３２０）に電気的に接続された嵌合された位置へと、端子をガイドしている。ガイドハウジング（７００）は、ケーブルもしくはワイヤシールド編組（７９０）をデバイスハウジング（３１２）の導電性部分に相互接続するため、および／またはケーブルもしくはワイヤとデバイスハウジングとの間のシール手段を収容するためにも使用され得る。

Description

本発明は自動車における高電圧接続、より具体的には、高出力を供給される自動車用デバイスの相互接続のための高電圧接続に関する。

図１に概略的に示されたように、電気自動車およびハイブリッド自動車１００は、バッテリセット２００、およびバッテリセット２００によって供給される直流電力を電気パワートレイン４００に使用される交流電力に変換するパワーインバータ３００のような多様な電気デバイスを具備し得る。これらの電気デバイスは、しばしばワイヤハーネス５００によって電気的に相互接続され、電子制御ユニット６００によって制御される。先行技術によるこれらの相互接続アセンブリにおいては、ワイヤとデバイスとの間の接続は、ワイヤ端部において直接的にまたはコネクタによって形成される。

実際に、ワイヤ端部は圧着ラグを具備しているか、またはワイヤ端部において溶接され得る。そのとき、ラグはバスバーにネジ留めされるか、またはデバイスにスタッド取り付けされる。

それとは異なり、ワイヤ端部に組み付けられたコネクタは、デバイスに組み付けられた（例えばワイヤ端部のコネクタがプラグコネクタである場合、リセプタクルソケットのような）相手側コネクタと嵌合される。特許文献１は、例えばバッテリセルを動力変換機および／または電気駆動モータに機械的に且つ電気的に相互接続するためのコネクタを開示している。

ネジ留めされた電気接続部は、通常は高出力接続部に関して適切ではなく、それはそれらがどれだけ強固にボルトが締め付けられているかということに深く依存しているためである。ネジ留めされた電気接続部は、接触点および経時変化の点において信頼性が低い。

コネクタは通常はより信頼性が高いが、ソケットの使用およびソケットのデバイスへの接続の高さにおける接続部の移動を必要とする。

米国特許出願公開第２００８／００２６６３９号明細書

本発明の目的は、これらの欠点を緩和することである。

本発明によれば、相互接続アセンブリは、ケーブルまたはワイヤを自動車用デバイスに電気的に接続するために設けられている。本発明による接続アセンブリは、デバイスと、少なくとも１つのワイヤまたはケーブルと、ガイドハウジングと、を具備している。

デバイスは有利に高出力電気回路の一部である。例えば、それはバッテリセット、変換器、電気モータ、ジャンクションボックス、または任意のタイプの電気部品であってよい。高出力回路においては、電圧範囲はバッテリのタイプおよびバッテリセルの数に依存して、４０Ｖから８００Ｖ超であり、電流範囲は、極めて低い１０ｍＡから常用的に高電流の６００ｍＡ超、ピーク電流は１．５ｋＡ超に到達する。

デバイスは、少なくとも１つの開口部を有するハウジングを備えている。実際に、デバイスハウジングは、デバイスに電力を供給するための少なくとも１つのバスバー接続部を収容している。デバイスハウジングは、デバイスが自動車内に組み付けられていない限り、ワイヤと接続されるバスバー接続部を保護している。この意味において、バスバー接続部はデバイスハウジング内（すなわち内部）に収容されている。

ワイヤまたはケーブルは、デバイスハウジングに組み付けられるように形成されたガイドハウジング内に収容された端子が設けられた端部を備えている。

少なくとも１つの開口部がデバイスハウジングに必要とされ、そこを通じてワイヤ端子はワイヤをバスバー接続部に電気的に接続するために挿入される。そのような開口部は、デバイスハウジング内部に配置されたバスバー接続部と接触するためのピン、ブレード、雄もしくは雌端子、または他の種類の端子を挿入するように設計されている。バスバー接続部も、ピン、ブレード、雄もしくは雌端子、または任意の他の種類の接続要素もしくは端子であり、それらはワイヤ端子と嵌合可能である。有利には、バスバー接続部は個々のデバイスポールに電気的に直接接続されている。

この形態の利点は、デバイスが接続されていない間、デバイスハウジングの外側に突き刺さった任意のピン、または任意の他の接続部分は存在しないことである。結果的に、デバイスが自動車内に組み付けられる前、または組み付けられた後に、接続部を損傷する危険性が少ない。プラグは、デバイスが接続されていない場合、開口部を充填／閉鎖するために使用され得る。

ガイドハウジングは、デバイス開口部を通じて、端子がバスバー接続部に接続されていない嵌合されていない位置から、端子がバスバー接続部に電気的に接続された嵌合された位置へと、端子をガイドする。

ガイドハウジングは一種のコネクタであるが、その役割は主に嵌合の間ワイヤ端子をガイドすることである。ガイドハウジングは、それ自身相手側コネクタ、すなわちバスバー接続部と干渉しなくてもよい。本発明による相互接続アセンブリは、接続ワイヤおよびケーブル、特に電気自動車内の高出力ケーブルを、パワートレインの電気モータ、インバータのような電気デバイスに、単一の相互接続デバイスとして接続することを可能にしているが、デバイススタッドへのケーブル端子のネジ留めを必要としない。

ケーブルが（例えばストレートエグジット（straight exit）の２ウェイまたは３ウェイのための）複数のワイヤを備えたストランドから成る場合、各ワイヤには雄または雌端子が設けられ、ガイドハウジングは、デバイス内に組み付けられたデバイススタッドまたは任意の対手側端子のような個々のバスバー接続部のこれらの端子を直接差し込む／嵌合することを可能にしている。したがって、これらのケーブル端子は、デバイスハウジングに取り付け可能な単一のサポート、ガイドハウジングに組み付けられている。シールおよびシールドはサポートとハウジングとの間で達成されている。例えば、シール性能はＩＰ６７およびＩＰｘ９Ｋの要件を満たしている。

この解決策は、独特の相互接続およびネジ留めによる電気接続の回避という利点を備えている。インターロックはガイドハウジング内に組み込まれ得るか、またはマイクロスイッチにリンクさせてもよい。

有利には、ガイドハウジングは絶縁材料性から形成され、端子は絶縁キャップを具備している。これのことは、ガイドハウジングの外側に全く延びていない（または少しだけ延びた）ワイヤを備えるように設計されたガイドハウジングの実施形態に関して、特に有利である。そのとき、そのような形態は、ＩＰ２Ｘの要件を満たすように設計され得る。

本発明による相互接続アセンブリは、電気的接続の観点から、最もよくできた先行技術のコネクタと同じくらい頑丈であり、且つ信頼性が高い。本発明はさらに、ハーネスメーカおよび／またはサプライヤにおける組み立て時間を減少させ、保守作業においてきわめて容易に接続または離脱可能であるという利点を備えている。

本発明による相互接続アセンブリは、先行技術のコネクタと比較して、部品の数を減少させた利点も有し、このことは製造および物流の観点から有利である。

別の態様によれば、本発明は少なくとも１つのワイヤを電気デバイスに相互接続するための方法にも関連している。この相互接続の方法は、以下のステップを含んでいる。
少なくとも１つのワイヤ、少なくとも１つのワイヤ端子、少なくとも１つのガイドハウジング、および少なくとも１つの開口部と少なくとも１つのバスバー接続部とを備えた少なくとも１つの電気デバイス、を提供するステップ。
ワイヤと端子とを電気的に接続するステップ。
ガイドハウジング内に端子を挿入するステップ。
デバイスの開口部内にガイドハウジングを挿入し、開口部を通じて、端子がバスバー接続部に接続されていない嵌合されていない位置から、端子がバスバー接続部に電気的に接続された嵌合された位置へと、端子をガイドするステップ。
ガイドハウジングをデバイスハウジングに締結するステップ。

ガイドハウジングをデバイスハウジングに締結するために、ネジ、ラッチ等の多くの締結手段が使用され得る。

本発明の他の特徴および利点は、以下の記載および添付図において説明されており、そこから明らかになる。

バッテリセット、パワーインバータ、電気モータ、および電子制御ユニットを備えた高出力電気回路を具備した自動車を概略的に表した図である。 本発明による相互接続アセンブリの例を、上から概略的に表した斜視図である。 本発明による相互接続アセンブリの例を、下から概略的に表した斜視図である。 図２Ａおよび図２Ｂの相互接続アセンブリのガイドハウジングを概略的に示した分解斜視図である。 図２Ａ、図２Ｂ、および図３に示されたガイドハウジングを組み付けるためのケーブル組立作業を示した図である。 図２Ａ、図２Ｂ、および図３に示されたガイドハウジングを組み付けるためのケーブル組立作業を示した図である。 図２Ａ、図２Ｂ、および図３に示されたガイドハウジングを組み付けるためのケーブル組立作業を示した図である。 図２Ａ、図２Ｂ、および図３に示されたガイドハウジングを組み付けるためのケーブル組立作業を示した図である。 図２Ａ、図２Ｂ、および図３に示されたガイドハウジングを組み付けるためのケーブル組立作業を示した図である。 図２Ａおよび図２Ｂの相互接続アセンブリのためのバスバー接続部の組み立て工程を概略的に示した分解斜視図である。 図２Ａおよび図２Ｂの相互接続アセンブリのためのバスバー接続部の組み立て工程を概略的に示した分解斜視図である。

異なった図において、同一の参照符号は同様のまたは類似の部材を示している。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明による相互接続アセンブリの例示的な実施形態を示している。そのような相互接続アセンブリは、図１に関連して前述された例えばパワー回路の一部である。

図２Ａおよび図２Ｂの相互接続アセンブリは、（パワーインバータのような）デバイス３００、ハーネス５００、およびガイドハウジング７００を具備している。これらの図において、デバイス３００は部分的に且つ概略的にのみ示されている。２つのハーネス５００が示されており、それぞれ２ウェイハーネスおよび３ウェイハーネスである。したがって、デバイス３００は２つのバスバーを具備しており、それぞれ２ウェイバスバー３１０および３ウェイバスバー３２０である。これらのバスバー３１０、３２０の各々の１つは絶縁サポート３１１または３２１を具備している。

図３は、ガイドハウジング７００をより詳細に示している。ガイドハウジング７００は絶縁サポート７１０、導電性カバー７２０、およびシール７３０を具備している。

サポート７１０は３つの端子７４０、７５０、７６０および短絡部材７７０を収容している。本実施形態においては、端子７４０、７５０、７６０は雄端子、またはピンである。

絶縁プラスチックキャップ７５５は、各端子の先端７５６を覆っている。ガイドハウジング７００内に組み込まれると、端子７４０、７５０、７６０はガイドハウジング７００の外に全く（またはわずかにしか）延びていない。そのとき、ＩＰ２Ｘの要件を満たすために、キャップ７５５は端子の先端７５６を保護している。

それらの各々の１つは、個々のワイヤ７８０（図３では１つのワイヤのみが示されている）に（例えば溶接または圧着によって）接続されている。各ワイヤ７８０は、例えば絶縁シース７８２を巻き付けられた導体編組７８１から成る。シース７８２の端部は剥き出しにされ、編組の端部は対応した端子７４０の圧着部７４１に挿入されている。この圧着作業に先立って、シングルワイヤシール７４２およびリテーナ７４３が各ワイヤシース７８２に取り付けられる。

それに続いて、圧着作業後に、図４Ａ〜図４Ｅに示されたように、端子７４０、７５０、７６０は個々のサポートキャビティ７１１、７１２、７１３内に挿入される（図４Ａ）。各シングルワイヤシール７４２は、個々のキャビティ７１１、７１２、または７１３内に押圧されて滑り込まされる（図４Ｂ）。

そのとき、リテーナ７４３もキャビティの後側において押圧され、スライドさせられる。リテーナ７４３はサポート７１０の個々の穴と係合するように設計された突起を備え、個々のサポートキャビティ７１１、７１２、７１３内においてシール７４２を維持している（図４Ｃ）。

図４Ｄに示されたように、シールド編組７９０はサポート７１０の後側においてスライドさせられ、導電性カバー７２０の円筒フランジ７２１と重ねられる。次いで、クランプカラー７２２は、シールド編組を導電性カバー７２０上に保持し且つ押圧するために、シールド編組上に締め付けられる（図４Ｅ）。導電性カバー７２０は、円筒フランジ７２１に略直交して延びた締結プレート７２３も具備している。締結プレート７２３はサポート７１０の締結カラー７１５を覆い（図３参照）、シールド編組７９０とハーネス５００が組み付けられたデバイス３００との間の電気的接続を確実にしている。

図５Ａおよび図５Ｂに示されたように、バスバー３２０は絶縁サポート３２１および３つの雌端子３３０、３４０、３５０を具備している。各雌端子は、導電性プレート３３２に組み付けられた接続部３３１から形成されている。導電性プレート３３２は、例えば少なくとも１．２ｍｍの厚さの銅製バスシート金属から形成されている。例えば、導電性プレート３３２は、デバイス３００のポール３８０に機械的且つ電気的に直接接続されてもよい。

接続部３３１は、絶縁サポート３１１または３２１のチャネル３３３内に収容されている。各チャネル３３３の遠位端は、チャネル３３３の長手軸に直交して広がった環状スカート３３４を備えている。スカート３３４は、雄端子が雌端子３３０、３４０、または３５０に嵌合されるときに、接続部３３１の弾性ブレード３３５を保護している。

サポート３２１も２つのキャビティ３２３を具備し、それらの各々の１つはインターロック端子３３６を収容している。図２Ｂに戻って、サポート３１１または３２１はデバイスハウジング３１２内に組み付けられており、サポート７１０の嵌合開口部７１４に重ねられ、ガイドハウジング７００の嵌合前方に配置され、且つ雄端子７４０、７５０、７６０が個々の接続部３３１と嵌合することを可能にしたチャネル３３３を備えている。各雄端子７４０、７５０、７６０が個々の接続部３３１と嵌合されると、短絡部材７７０はインターロック端子３３６と相互作用し、インターロック回路を閉じて、パワー端子７４０、７５０、７６０および接続部３３２への電力供給の契機を与える。

図２Ａに示されたように、そのとき、締結カラー７１５および締結プレート７２３は、デバイスハウジング３１２にネジ留めされることが可能である。結果的に、ハーネス５００とデバイス３００との機械的連結、およびシールド編組７９０とデバイス３００の導電性部分との電気的接続は、締結手段７１５、７２３によって提供され、一方でハーネスのワイヤ７８０とデバイス３００との間の電気的接続は、端子７４０、７５０、７６０とデバイス３００の内側に配置されたバスバー３１０または３２０とによって、デバイス開口部３９０を通じて提供される。

別の態様によれば、本発明は本発明の相互接続方法に関連しており、この方法は、
ハーネス５００に少なくとも１つのワイヤ７８０、少なくとも１つのシングルワイヤシール７４２、少なくとも１つのシールド編組７９０、および少なくとも１つのリテーナ７４３が設けられるステップ、
端子７４０、７５０、または７６０がワイヤ７８０に取り付けられるステップ、
次いで、端子７４０、７５０、または７６０がガイドハウジング７００内に挿入され、シングルワイヤシール７４２およびリテーナ７４３が、ガイドハウジング７００の後側において端子７４０、７５０、または７６０の後方に配置され且つブロックされるステップ、
シールド編組７９０が締結プレート７２３まで引き込まれ、クランプカラー７２２がシールド編組７９０の周囲に締め付けられるステップ、
ガイドハウジング７００がデバイス開口部３９０内に挿入され、ワイヤ端子７４０、７５０、または７６０がバスバー接続部３１０または３２０の接続部３３１と嵌合されるステップ、および
ガイドハウジング７００が例えばネジ留めによってデバイスハウジング３１２に締結されるステップ、を含んでいる。

これまでの記載において、例示的な実施形態が示された一方で、多くの変更が存在することが好まれるべきである。例えば本発明によるアセンブリは、（パワーインバータの代わりに）モータ、または任意の種類の電気デバイスを具備していてもよい。

１００ ・・・電気自動車
２００ ・・・バッテリセット
３００ ・・・デバイス
３１０ ・・・２ウェイバスバー
３１１，３２１ ・・・絶縁サポート
３２０ ・・・３ウェイバスバー
３３０，３４０，３５０ ・・・雌端子
３３１ ・・・接続部
３３２ ・・・導電性プレート
３３３ ・・・チャネル
３３４ ・・・環状スカート
３３５ ・・・弾性ブレード
３３６ ・・・インターロック端子
３８０ ・・・ポール
４００ ・・・パワートレイン
５００ ・・・ハーネス
６００ ・・・電子制御ユニット
７００ ・・・ガイドハウジング
７１０ ・・・絶縁サポート
７１１，７１２，７１３ ・・・サポートキャビティ
７１５ ・・・締結カラー
７２０ ・・・導電性カバー
７２１ ・・・円筒フランジ
７２３ ・・・締結プレート
７３０ ・・・シール
７４０，７５０，７６０ ・・・雄端子
７４１ ・・・圧着部
７４２ ・・・ワイヤシール
７４３ ・・・リテーナ
７５５ ・・・絶縁キャップ
７７０ ・・・短絡部材
７８０ ・・・ワイヤ
７８１ ・・・導体編組
７８２ ・・・絶縁シース
７９０ ・・・シールド編組

Claims (8)

1. 少なくとも１つの開口部（３９０）を有するハウジング（３１２）を備えた電気デバイス（３００）と、
   前記デバイスハウジング（３１２）に組み付けられるように形成されたガイドハウジング（７００）内に収容された端子（７４０）が設けられた端部を備えた、少なくとも１つのワイヤ（７８０）と、を具備した相互接続アセンブリであって、
   前記デバイスハウジング（３１２）は、前記デバイス（３００）に電力を供給するための少なくとも１つのバスバー接続部（３１０または３２０）を収容し、
   前記ガイドハウジング（７００）は前記デバイス開口部（３９０）を通じて、前記端子（７４０）が前記バスバー接続部（３１０または３２０）に接続されていない嵌合されていない位置から、前記端子（７４０）が前記バスバー接続部（３１０または３２０）に電気的に接続された嵌合された位置へと、前記端子（７４０）をガイドすることを特徴とする相互接続アセンブリ。
2. 前記電気デバイス（３００）は電気自動車のためのインバータまたは電気パワートレインであり、前記バスバー接続部（３１０または３２０）は少なくとも１つのデバイスポール（３８０）に電気的に直接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の相互接続アセンブリ。
3. シールド編組（７９０）が少なくとも部分的に前記ワイヤ（７８０）を取り囲み、前記ガイドハウジング（７００）は、前記シールド編組（７９０）を前記デバイスハウジング（３００）の導電性部分に電気的に接続するための導電性カバー（７２０）を具備していることを特徴とする請求項１または２に記載の相互接続アセンブリ。
4. シール（７３０）が前記ガイドハウジング（７００）と前記デバイスハウジング（７１２）との間に組み付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の相互接続アセンブリ。
5. 前記バスバー接続部（３１０または３２０）は、絶縁サポート（３１１，３２１）によって保護されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の相互接続アセンブリ。
6. 前記ガイドハウジング（７００）は絶縁材料から形成されており、前記端子（７４０，７５０，または７６０）は絶縁キャップ（７５５）を具備していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の相互接続アセンブリ。
7. 少なくとも１つのワイヤ（７８０）を電気デバイス（３００）と相互接続する方法であって、該方法は以下の、
   少なくとも１つのワイヤ（７８０）、少なくとも１つのワイヤ端子（７４０，７５０，または７６０）、少なくとも１つのガイドハウジング（７００）、および少なくとも１つの開口部（３９０）と少なくとも１つのバスバー接続部（３１０または３２０）とを備えた少なくとも１つの電気デバイス（３００）、を提供するステップと、
   前記ワイヤ（７８０）と前記端子（７４０，７５０，または７６０）とを電気的に接続するステップと、
   前記ガイドハウジング（７００）内に前記端子（７４０，７５０，または７６０）を挿入するステップと、
   前記デバイス（３００）の開口部（３９０）内に前記ガイドハウジング（７００）を挿入し、前記デバイス開口部（３９０）を通じて、前記端子（７４０，７５０，または７６０）が前記バスバー接続部（３１０または３２０）に接続されていない嵌合されていない位置から、前記端子（７４０，７５０，または７６０）が前記バスバー接続部（３１０または３２０）に電気的に接続された嵌合された位置へと、前記端子（７４０，７５０，または７６０）をガイドするステップと、
   前記ガイドハウジング（７００）をデバイスハウジング（３１２）に締結するステップと、
   を含んでいることを特徴とする方法。
8. 前記電気デバイス（３００）は、電気自動車のためのインバータまたは電気パワートレインであり、前記バスバー接続部（３１０または３２０）は、少なくとも１つのデバイスポール（３８０）に電気的に直接接続されていることを特徴とする請求項７に記載の方法。

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