JP4686964B2 - 昇圧回路のバッテリへの接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、昇圧回路のバッテリへの接続構造に関し、特に、電子制御装置の昇圧回路のバッテリへの接続構造に関する。

従来から、車両に搭載されるＥＣＵ１００（電子制御装置）は、図１０に示すようにバッテリＢから配線１１０を介して電力が供給されるようにされている。そして、ＥＣＵ１００は昇圧回路２００を備えており、同昇圧回路２００にて昇圧した電圧をモータＭに印加して、モータＭを駆動制御するようにされている。

しかし、従来の昇圧回路２００は、ＥＣＵ１００内に組み込まれて、バッテリＢから配線１１０を介して接続されているため、バッテリＢと昇圧回路２００間の配線抵抗及びその配線に流れる大電流によって大きな電圧ドロップ（電圧降下）が発生し、昇圧回路２００の出力電圧上昇を妨げる原因となっていた。

本発明の目的は、バッテリから昇圧回路までの配線を不要にして、昇圧回路の動作時の配線抵抗及び大電流による電圧ドロップを解消し、この結果、昇圧回路の出力電圧上昇幅を大幅に改善できる昇圧回路のバッテリへの接続構造を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、バッテリのバッテリ端子に対して、電線の一端が接続された接続部材を着脱自在に取付けし、前記接続部材にて、バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路に接続された接続端子がバッテリ端子に直付けされていることを特徴とする昇圧回路のバッテリへの接続構造を要旨とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、前記昇圧回路はアクチュエータを制御する制御部を備える電子制御装置を収納するハウジングとは別のハウジングに収納され、前記接続端子は、前記昇圧回路を収納するハウジングから外部に突設されて、前記バッテリ端子と直付けされていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２において、前記接続端子は、前記バッテリ端子との接続時に同バッテリ端子の外周面と当接する接触面は粗面に形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３において、前記バッテリ端子は、円柱形状に形成され、前記接続端子は、前記バッテリ端子の円柱形状の外周面に沿って断面円弧状に凹設された接触面を備えたことを特徴とする。

（作用）
請求項１によれば、接続端子がバッテリ端子に対して直付けされて、長い配線で接続することがないため、配線抵抗及び大電流による電圧ドロップが防止される。又、バッテリ端子に対する電線の接続と接続端子とが、共に共通の接続部材にて電気的に接続される。

請求項２によれば、電子制御装置のハウジングとは別のハウジング内に昇圧回路が収納されたものにおいて、請求項１と同様にバッテリ端子に対して接続端子が直付けされ、長い配線で接続することがないため、配線抵抗及び大電流による電圧ドロップが防止される。

又、昇圧回路は使用部品が大きいため、電子制御装置のハウジングともに昇圧回路を収納した場合、電子制御装置自体のサイズが大きくなる。この場合、車両搭載時には、搭載のレイアウトが制限され自由度がなくなるが、請求項２によれば、昇圧回路と電子制御装置は別々のハウジングに収納されるため、電子制御装置自体が小さくなり、車両搭載の自由度が広がり、電子制御装置の車両搭載に有利となる。

請求項３によれば、粗面により、接触面はバッテリ端子に対して食い込み、接触強度を上げることができる。

請求項４によれば、接続端子の接触面は、バッテリ端子の円柱形状に沿って断面円弧状に凹設されているため、接触面積を確保でき、接触抵抗の増加を防止する。

以上詳述したように、本発明によれば、バッテリから昇圧回路までの配線を不要にして、昇圧回路の動作時に配線抵抗及び大電流による電圧ドロップを解消し、この結果、昇圧回路の出力電圧上昇幅を大幅に改善できる効果を奏する。又、バッテリ端子に対する電線の接続と接続端子とが、共に共通の接続部材にて電気的に接続できる。

（実施形態）
以下、本発明を、自動車に搭載されるモータ制御装置、例えば、電動パワーステアリング制御装置の昇圧回路のバッテリへの接続構造に具体化した一実施形態を図１〜図７に従って説明する。

図１は昇圧回路の接続構造を示す全体概略図、図２は昇圧回路を内蔵したハウジングのバッテリへの接続構造を示す斜視図である。図３は同じく接続構造の平面図、図４は昇圧回路のバッテリへの接続構造を示す斜視図である。図５は昇圧回路の電気回路図である。

昇圧回路用のハウジング１０は、図１に示すように四角箱形に形成され、バッテリ本体Ｂｈの上面に載置されている。前記昇圧回路用のハウジング１０内には、昇圧回路２０が収納されている。昇圧回路２０は公知の回路から構成されているため、図５を参照して簡単に説明する。図５に示すように、昇圧回路２０は、スイッチング素子２１、制御回路２３、コイル２２、ダイオードＤ、及びコンデンサＣ１，Ｃ２等により構成されている。本実施形態では、スイッチング素子２１は、ＭＯＳＦＥＴから構成されている。コンデンサＣ１，Ｃ２は、アルミ電解コンデンサにて構成されている。

昇圧回路２０には、バッテリＢの直流電圧がコイル２２に印加される。制御回路２３の出力端子はスイッチング素子２１の制御端子（図５においては、ゲート端子）に接続されている。前記制御回路２３は、昇圧のためのパルス電圧を制御端子に出力し、このパルス電圧によって、スイッチング素子２１をチョッパ制御する。スイッチング素子２１は、前記パルス電圧によりオンオフを繰返し、コイル２２は地絡／開放を繰返す。これによって、コイル２２からは前記パルス電圧の周期と同周期の高電圧が発生する。この高電圧はコンデンサＣ２によって平滑化され、出力端子２５から後述するＥＣＵ８０に供給される。

ハウジング１０の長手方向に沿った一側面からは一対の接続端子３０，４０が側方へ突設されている。接続端子３０の一端は、バッテリＢのバッテリ端子としてのプラス端子Ｂａに接続され、他端はコイル２２に接続されている。接続端子４０の一端はバッテリ端子としてのマイナス端子Ｂｂに接続され、他端はスイッチング素子２１の端子に接続されている。

ここで、接続端子３０と、バッテリ端子であるプラス端子Ｂａとの接続構造について説明する。なお、バッテリ端子であるプラス端子Ｂａ、及びマイナス端子Ｂｂは、円柱形状に形成されて、バッテリ本体Ｂｈの上面から上方に突設されている。

接続端子３０の一端である接触部３１は、ハウジング１０から突設した平板部分の先端から図２に示すように上方に突設されている。接触部３１は円筒を軸心方向に沿って半割した形状とされ、側面には断面半円弧状の接触面３２が凹設されている。接触面３２の断面円弧部分の曲率半径は、プラス端子Ｂａの円柱形状の外周面に沿うようにプラス端子Ｂａの外周面の曲率半径と同じにされている。そして、接触面３２には多数の突起３２ａが形成されている。図２及び図３に示すように、接触部３１はプラス端子Ｂａに対して接触面３２にて当接され、この状態で、接続部材としてのクランプ部材５０にて接触部３１と、プラス端子Ｂａとが共締めされている。

クランプ部材５０は、基部が互いに一体に連結された一対の挟着片５２，５４を備えて、全体が二股状に形成されており、挟着片５２，５４の基部は弾性を備えている。挟着片５２，５４の互いに相対する基端側内面は、略円弧形状に凹設された挟着面５３，５５を備えている。そして、挟着片５２を貫通して挟着片５４の先端に螺合したボルト５６の螺合量を前記基部の弾性に抗して調節すると、接触部３１とプラス端子Ｂａは挟着片５２，５４の挟着面５３，５５に挟み付けられることにより、共締めされている。なお、挟着片５４に対してボルト５６を螺退すると、前記基部の弾性力により、両挟着片が反挟着方向に広がり、クランプ部材５０の取り外しが可能である。クランプ部材５０の基部には、電線Ｌ１が接続され、同電線Ｌを介してＥＣＵ８０に対して電力を供給可能である。

接続端子４０と、バッテリ端子であるマイナス端子Ｂｂとの接続構造については、接続端子３０とプラス端子Ｂａとの接続構造と同様である。このため、接続端子４０において、接続端子３０と同一構成については、４０の符号に、接続端子３０の１桁の符号を加算したものを付して説明を省略する。又、接続端子４０とマイナス端子Ｂｂとの接続に使用するクランプ部材５０は、接続端子３０とプラス端子Ｂａとの接続構造と同様であるため、図３に示すように同一符号を付してその説明を省略する。なお、図２においては、接続端子４０とマイナス端子Ｂｂの接続用のクランプ部材５０については省略している。

ハウジング１０の一側面には、コネクタ５８が設けられており、出力端子２５と接地端子２６とが内蔵されている。なお、接地端子２６は図５に示すように接続端子４０に接続されている。コネクタ５８内の出力端子２５と接地端子２６には図示しないプラグを介して電線Ｌ２がそれぞれ接続され（図１参照）、同電線Ｌ２によりＥＣＵ８０に昇圧した電力が供給される。なお、ＥＣＵ８０は、図示はしないがハウジング１０とは、離間した位置に配置されているため、ハウジング１０とは別の図示しないハウジングに収納されている。

ＥＣＵ８０にはバッテリＢから電線Ｌ１を介してバッテリ電圧の電力が供給される。このバッテリ電圧の電力は、ＥＣＵ８０を構成する図示しない各種回路の電力源となる。又、ＥＣＵ８０には昇圧回路２０から電線Ｌ２を介して昇圧された電力が供給される。この昇圧された電圧の電力は、ＥＣＵ８０内に設けられたモータ駆動回路（図示しない）に供給され、同モータ駆動回路がＥＣＵ８０内の制御部（図示しない）により制御されることにより、アクチュエータとしてのモータＭを駆動制御する。

さて、本実施形態によれば、以下のような特徴がある。
（１） 本実施形態では、バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路２０に接続された接続端子３０，４０を、バッテリＢのプラス端子Ｂａ、マイナス端子Ｂｂ（バッテリ端子）に直付けした。この結果、バッテリＢから昇圧回路２０までの配線が不要となり、昇圧回路２０の動作時に配線抵抗及び大電流による電圧ドロップが解消できる。又、昇圧回路２０の出力電圧上昇幅を大幅に改善できる。

すなわち、昇圧回路２０の昇圧作動時に、従来に比してより少ないバッテリ電流で、昇圧が可能となる。
図６はＥＣＵ入力電圧別の昇圧電圧グラフの特性図である。横軸は、昇圧回路２０のスイッチング素子２１のデューティ比、縦軸は昇圧電圧である。同図に示すように、バッテリ電圧が１１Ｖ，１２Ｖ，１３Ｖのそれぞれの場合、デューティ比に応じて、バッテリ電圧が昇圧する。しかし、いずれのデューティ比においても、昇圧電圧は、同じデューティ比の場合、バッテリ電圧が高いほど大きくなることが分かる。すなわち、従来は、配線抵抗及び大電流による電圧ドロップのために、昇圧回路に印加されるバッテリ電圧は低くなるが、本実施形態では、配線による電圧ドロップが解消されているため、同じデューティ比の場合、従来よりも大きな昇圧電圧が得られる。又、従来の配線抵抗及び大電流による電圧ドロップが発生していた場合に比べて、同じ電圧に昇圧する場合を考えた場合、昇圧動作時に、より少ないバッテリ電流で昇圧することができる。従って、従来に比して、スイッチング素子２１の発熱も少なくなり、スイッチング素子２１や、コンデンサＣ１，Ｃ２の小型化、低コスト化が可能となる。さらに、従来は、スイッチング素子が発生した熱を放熱するためのヒートシンクも大型のものを使用する必要があるが、本実施形態によれば、発熱が少なくなるため、ヒートシンクを小型化ができる。

図７は昇圧効率グラフとバッテリ電流グラフの特性図である。同図に示すように、スイッチング素子２１のチョッパ駆動のデューティ比は、デューティ比を上げるほど、昇圧効率は低下する。従来は、配線抵抗及び大電流による電圧ドロップのため、昇圧電圧を上げるためには、バッテリ電流を多く流す必要があり、その結果、昇圧効率が低下する問題がある。本実施形態では、配線抵抗及び大電流による電圧ドロップが解消して、電圧ドロップは接続端子３０のものだけで良くなるため、昇圧効率も向上する効果がある。

従来は、配線抵抗及び大電流による電圧ドロップする分を見込んで、昇圧電圧を上げるために、コイル２２のインダクタンスを増やしたり、回路基板のパターン抵抗を極力減らすために、バスバーにする等の対策を取る必要がある。このため、コストアップとなる問題があった。それに対して、本実施形態では、そのような対策を取る必要がなくなり、コスト低減を図ることができる。

（２） 本実施形態では、昇圧回路２０はモータＭ（アクチュエータ）を制御する制御部（図示しない）を備えるＥＣＵ８０を収納するハウジング（図示しない）とは別のハウジング１０に収納されている。そして、接続端子３０，４０は、昇圧回路２０を収納するハウジング１０から外部に突設されて、バッテリＢのプラス端子Ｂａとマイナス端子Ｂｂと直付けされている。この結果、ＥＣＵ８０のハウジングとは異なる昇圧回路２０のハウジング１０を備えたものにおいて、上記（１）と同様の効果を奏する。

又、昇圧回路２０は使用部品が大きいため、ＥＣＵ８０のハウジング（図示しない）ともに昇圧回路を収納すると、ＥＣＵ８０自体のサイズが大きくなる。この場合、車両搭載時には、搭載のレイアウトが制限され自由度がなくなる問題がある。しかし、本実施形態では、ＥＣＵ８０と昇圧回路２０は別々のハウジングに収納されるため、ＥＣＵ８０自体が小さくなり、ＥＣＵ８０の車両搭載の自由度が広がり、ＥＣＵ８０の車両搭載を有利にすることができる。

（３） 本実施形態では、バッテリＢのプラス端子Ｂａとマイナス端子Ｂｂに対して、電線Ｌ１の一端が接続されたクランプ部材５０を着脱自在に取付け、クランプ部材５０にて、接続端子３０，４０をバッテリＢのプラス端子Ｂａとマイナス端子Ｂｂに挟着した。この結果、バッテリＢのプラス端子Ｂａとマイナス端子Ｂｂに対する電線Ｌ１の接続と接続端子３０，４０とが、共に共通のクランプ部材５０にて電気的に接続することができる。

（４） 本実施形態では、プラス端子Ｂａとマイナス端子Ｂｂの外周面と当接する接続端子３０，４０の接触面３２，４２は粗面に形成した。この結果、粗面により、接触面３２，４２がプラス端子Ｂａとマイナス端子Ｂｂの外周面に食い込み、接触強度を上げることができる。又、接触強度を上げることができるため、自動車の走行時の振動にも強くなり、すなわち、耐振動性を上げることができる。

（５） 本実施形態では、バッテリＢのプラス端子Ｂａとマイナス端子Ｂｂは、円柱形状に形成した。一方、接続端子３０，４０は、プラス端子Ｂａとマイナス端子Ｂｂの円柱形状の外周面に沿って断面円弧状に凹設した接触面３２，４２を備える。この結果、接続端子３０，４０と、バッテリＢのプラス端子Ｂａとマイナス端子Ｂｂとの接触面積を確保でき、接触抵抗の増加を防止することができる。

（参考例）
次に、参考例を図８及び図９を参照して説明する。なお、前記実施形態と同一構成については、同一符号を付して、その説明を省略し、異なるところを中心に説明する。

参考例では接続端子の構成が前記実施形態と異なっている。図９に示すように接続端子６０，７０は、ハウジング１０の長手方向の両端面から、それぞれ突設されている。接続端子６０，７０の先端には、クランプ部１５０が設けられている。クランプ部１５０の構成は、前記実施形態のクランプ部材５０の構成において、挟着片５２，５４の基部に電線Ｌ１を備えた構成が省略された構成であり、他の構成は同一構成である。このため、参考例のクランプ部１５０において、前記実施形態のクランプ部材５０の各構成に相当する構成については、前記実施形態でクランプ部材５０の各構成に付した符号に１００を加算した符号を付してその説明を省略する。従って、クランプ部１５０は、挟着片１５２，１５４，ボルト１５６を備えている。

挟着片１５４の外側部には、連結部１６０が側方に突出されている。連結部１６０の先端には、接続部１６１が上方へ突設されている。接続部１６１はプラス端子Ｂａ，及びマイナス端子Ｂｂと同形状及び同一の径を有するように円柱状に形成されている。

各接続部１６１には、図示はしないが、前記実施形態のクランプ部材５０が着脱自在に取り付けされ、ＥＣＵ８０に対してバッテリＢから電線Ｌ１を介してバッテリ電圧の電力が供給される。

さて、参考例によれば、前記実施形態の（１）、（２）の作用効果の他、以下のような特徴がある。
（１） 参考例では、接続端子６０，７０には、プラス端子Ｂａ及びマイナス端子Ｂｂに着脱自在に取り付けされるクランプ部１５０を設け、プラス端子Ｂａ及びマイナス端子Ｂｂと同じ形状の接続部１６１を備えるようにした。この結果、プラス端子Ｂａ及びマイナス端子Ｂｂとの接続用に設けられたクランプ部材５０をそのまま使用することができる。

（２） 参考例では、接続部１６１をバッテリ本体Ｂｈから突出するプラス端子Ｂａ及びマイナス端子Ｂｂの突出方向と同方向に延出した。この結果、接続部１６１がプラス端子Ｂａ及びマイナス端子Ｂｂの突出方向と同方向に延出されていることにより、従来と同様に、他の電力供給対象から延出された電線Ｌ１を接続でき、配線の変更を極力抑えることができる。

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 前記実施形態では昇圧回路２０のスイッチング素子２１をＭＯＳＦＥＴとしたが、パイポーラトランジスタに代えても良い。

○ 接続部材としてクランプ部材５０に限定するものではなく、直付けできるものであればよい。特に、バッテリ端子に対して着脱自在に直付けされるものが好ましい。

本発明を具体化した一実施形態の昇圧回路の接続構造を示す全体概略図。 一実施形態の昇圧回路のバッテリへの接続構造を示す斜視図。 同じく接続構造の平面図。 同じく昇圧回路のバッテリへの接続構造を示す斜視図。 昇圧回路の電気回路図。 ＥＣＵ入力電圧別の昇圧電圧グラフの特性図。 昇圧効率グラフとバッテリ電流グラフの特性図。 参考例の昇圧回路のバッテリへの接続構造を示す斜視図。 同じく接続構造の平面図。 従来の昇圧回路とバッテリとの接続を示す説明図。

符号の説明

Ｂａ…プラス端子（バッテリ端子）
Ｂｂ…マイナス端子（バッテリ端子）
Ｌ１…電線
１０…ハウジング
２０…昇圧回路
３０，４０…接続端子
３２，４２…接触面
５０…クランプ部材（接続部材）
１５０…クランプ部
１６１…接続部

Claims (4)

1. バッテリのバッテリ端子に対して、電線の一端が接続された接続部材を着脱自在に取付けし、前記接続部材にて、バッテリ電圧を昇圧する昇圧回路に接続された接続端子がバッテリ端子に直付けされていることを特徴とする昇圧回路のバッテリへの接続構造。
2. 前記昇圧回路はアクチュエータを制御する制御部を備える電子制御装置を収納するハウジングとは別のハウジングに収納され、前記接続端子は、前記昇圧回路を収納するハウジングから外部に突設されて、前記バッテリ端子と直付けされていることを特徴とする請求項１に記載の昇圧回路のバッテリへの接続構造。
3. 前記接続端子は、前記バッテリ端子との接続時に同バッテリ端子の外周面と当接する接触面は粗面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の昇圧回路のバッテリへの接続構造。
4. 前記バッテリ端子は、円柱形状に形成され、前記接続端子は、前記バッテリ端子の円柱形状の外周面に沿って断面円弧状に凹設された接触面を備えたことを特徴とする請求項３に記載の昇圧回路のバッテリへの接続構造。

Images