JP5931813B2

JP5931813B2 - 車両用のケーブルユニット

Info

Publication number: JP5931813B2
Application number: JP2013169618A
Authority: JP
Inventors: 竜彦水谷; 治樹草牧; 拓也楯; 宏幸松岡; 裕隆馬場; 飯田　哲也; 哲也飯田; 純平中本
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2033-08-19
Also published as: CN104425906A; JP2015039266A; US20150050833A1

Description

本発明は、車両に搭載された電気機器間に接続される、ケーブルユニットに関する。

ハイブリッド車両や電気自動車など、駆動源として回転電機を用いる車両には、バッテリー等の直流電源と、直流電力を交流電力に変換するインバータが設けられている。

回転電機とインバータは、ケーブルユニットによって電気的に接続される。具体的には図６に示すように、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を収容するトランスアクスルケース１００（以下Ｔ／Ａケースと呼ぶ）の端子台１１２と、インバータＩＮＶを収容するパワーコントロールユニットケース１０２（以下ＰＣＵケースと呼ぶ）の端子台１１４にケーブルユニット１０４が接続される。ケーブルユニット１０４は、Ｔ／Ａケース１００の端子台１１２に接続されるＴ／Ａ側コネクタ１０６、ＰＣＵケース１０２の端子台１１４に接続されるＰＣＵ側コネクタ１０８、及び両コネクタを接続するケーブル１１０を備える。

車両の振動等により、Ｔ／Ａケース１００とＰＣＵケース１０２が相対移動する場合がある。例えば、ゴムブッシュ等の弾性部材１１１を介してＰＣＵケース１０２をＴ／Ａケース１００に支持させた場合、車両の振動に応じて両者は相対移動する。この相対移動にケーブル１１０が追従できるように、両端子台１１２，１１４の最短距離をケーブル１１０で結ぶのではなく、若干の遊びを持たせてケーブル１１０を配索（配置）する場合がある。例えば図６では、ケーブル１１０をＬ字状に、つまり、鉛直方向と水平方向とに延設させている。また、特許文献１では、ワイヤハーネスに、位置ずれを吸収する吸収部を設けている。特許文献２では、複数のケーブル同士の間隔を空けるためにクランプを設けている。

特開２０１２−４８８２３号公報特開２０１１−６２０５３号公報

ところで、ケーブルの配索状態によっては、Ｔ／ＡケースとＰＣＵケースの相対移動の際に、ケーブルが損傷するおそれがある。回転電機に大電流を供給する都合上、ケーブルは電線素線が複数本束ねられて太径となっており、軸方向荷重に対して撓み難くなっている。このような場合に、例えばＰＣＵケースとＴ／Ａケースとが鉛直方向に相対移動すると、図７に示すように、ケーブル１１０の鉛直部分１１０Ａは軸方向に荷重が掛かり、殆ど変形しない一方で、ケーブル１１０の水平部分１１０Ｂは荷重を受けて変形する。つまり、変形箇所が一箇所に集中する。このとき、ケーブル１１０の全体に変形箇所が分散する場合と比較して、水平部分１１０Ｂの変形量が多くなり、その結果、水平部分１１０Ｂの端部１１０Ｃが過大に屈曲するなど、断線等の損傷に繋がるおそれがある。そこで、本発明は、従来よりもケーブルの損傷を抑制することの可能な、ケーブルユニットを提供することを目的とする。

本発明は、車両用のケーブルユニットに関するものである。当該ケーブルユニットは、回転電機を収容するトランスアクスルケースの端子台に接続されるＴ／Ａ側コネクタと、インバータを収容するパワーコントロールユニットケースの端子台に接続されるＰＣＵ側コネクタと、前記Ｔ／Ａ側コネクタとＰＣＵ側コネクタを接続する、互いに離間した複数のケーブルと、を備える。前記複数のケーブルは、全長に亘って三次元的に湾曲する曲線状にそれぞれ配索され、車両駆動に伴う前記トランスアクスルケースとパワーコントロールユニットケースの相対移動時に、前記複数のケーブルがそれぞれ独立して変形可能となっている。

また、上記発明において、前記Ｔ／Ａ側コネクタとＰＣＵ側コネクタには、前記ケーブルが差し込まれるソケットが形成され、前記Ｔ／Ａ側コネクタのソケットと前記ＰＣＵ側コネクタのソケットの差込方向軸が、ねじれの位置関係にあることが好適である。

また、上記発明において、前記Ｔ／Ａ側コネクタ及びＰＣＵ側コネクタには、それぞれ、前記ケーブルが挿入されるソケットが複数形成され、前記Ｔ／Ａ側コネクタのソケットの配置間隔と、前記ＰＣＵ側コネクタのソケットの配置間隔とが異なることが好適である。

本発明によれば、従来よりも、ケーブルの損傷を抑制することが可能となる。

本実施形態に係るケーブルユニットを例示する斜視図である。ケーブルの変形について説明する模式図である。本実施形態に係るケーブルユニット一部を例示する図である。本実施形態に係るケーブルユニットの別例を示す図である。本実施形態に係るケーブルユニットの別例を示す図である。従来技術に係るケーブルユニットを例示する図である。ケーブルの損傷について説明する模式図である。

図１に、本実施の形態に係るケーブルユニット１０を例示する。ケーブルユニット１０は、インバータと回転電機とを電気的に接続する。具体的には、回転電機を収容するトランスアクスルケース（以下、Ｔ／Ａケースと呼ぶ）の端子台と、インバータが収容されたパワーコントロールユニットケース（以下、ＰＣＵケースと呼ぶ）の端子台に、ケーブルユニット１０が接続される。

なお、ケーブルユニット１０を、Ｔ／Ａケース及びＰＣＵケースの端子台に接続させると、ケーブルユニット１０の一部が、Ｔ／Ａケース及びＰＣＵケースに隠れるような位置関係となる。図１から図５では、ケーブルユニット１０が、Ｔ／Ａケース及びＰＣＵケースの端子台に接続された状態を例示しているが、ケーブルユニット１０の全体像を明示するため、Ｔ／Ａケース、ＰＣＵケース、及びこれらの端子台の図示を省略している。

図１に示されているように、ケーブルユニット１０は、Ｔ／Ａ側コネクタ１２、ＰＣＵ側コネクタ１４、及びケーブル１６を備える。ケーブルユニット１０に大電流が流れたときに磁界が発生することを考慮して、ケーブルユニット１０全体を、金属材料からなるシールドで覆うようにしてもよい。

Ｔ／Ａ側コネクタ１２は、Ｔ／Ａケースの端子台に接続される。例えば図６に示したように、Ｔ／Ａケースの端子台は、Ｔ／Ａケースの天井面に設けられており、当該天井面上にＴ／Ａ側コネクタが取り付けられる。Ｔ／Ａ側コネクタ１２は、ソケット１８、圧着端子２０、及びカバー２２を備える。

ソケット１８は、ケーブル１６のプラグ２３が差し込まれる雌型電子部品である。ソケット１８は、圧着端子２０と同数となるように、複数設けられる。また、後述するように、ケーブルユニット１０をＴ／Ａケース及びＰＣＵケースに固定させたときに、ソケット１８の差込方向軸Ｌ１は、ＰＣＵ側コネクタ１４のソケット２４の差込方向軸Ｌ２とは、ねじれの位置関係となるように形成されている。

圧着端子２０は、端子台の端子に接続され、例えば丸型端子から構成される。圧着端子２０は、端子台の端子数に応じて複数設けられる。カバー２２は、Ｔ／Ａケースの端子台にＴ／Ａ側コネクタ１２を固定させる固定部材であり、ねじ穴等の固定手段が設けられている。

ＰＣＵ側コネクタ１４は、ＰＣＵケースの端子台に接続される。例えば図６に示したように、ＰＣＵケースの側面に端子台が設けられており、この側面にＰＣＵ側コネクタが取り付けられる。Ｔ／Ａ側コネクタ１２がＰＣＵケースの天井面に取り付けられることから、ＰＣＵ側コネクタ１４は、Ｔ／Ａ側コネクタ１２に対して略直角となるような位置関係となる。ＰＣＵ側コネクタ１４は、Ｔ／Ａ側コネクタ１２と同様に、ソケット２４、圧着端子２６、及びカバー２８を備える。ソケット２４は、圧着端子２６と同数となるように、複数設けられる。カバー２８は、ＰＣＵケースの端子台にＰＣＵ側コネクタ１４を固定させる固定部材であり、ねじ穴等の固定手段が設けられている。

ケーブル１６は、Ｔ／Ａ側コネクタ１２とＰＣＵ側コネクタ１４を電気的に接続する。ケーブル１６は、Ｔ／Ａ側コネクタ１２の圧着端子２０の個数と同一本数となるように、複数本設けられる。また、回転電機の高出力を得るために、ケーブル１６には大電流が流れる。このため、ケーブル１６は電線素線が複数本束ねられて形成されており、太径となっている。その結果、ケーブル１６は軸方向荷重に対する剛性を備えている。つまり軸方向荷重に対して撓み難くなっている。また、軸方向以外の応力に関しても、ケーブル１６は弾性を備え、一端側に掛かる応力が他端まで及んで全体的に撓むような剛性を備えている。

ケーブル１６は、三次元的に湾曲する曲線状に配索される。すなわち、ケーブル１６は、Ｔ／Ａケースの天井面（ＸＹ平面）から見てもこれに直交するＰＣＵケースの側面（ＸＺ平面）から見ても、曲線状となるように配索される。つまり、ケーブル１６は、Ｔ／Ａケースの天井面に平行な方向から、ＰＣＵケースの側面に平行な方向まで、徐々に変位しながら湾曲するように配索される。さらに言い換えると、Ｔ／Ａ側コネクタ１２から水平方向（Ｘ軸方向）及び鉛直方向（Ｚ軸方向）に延伸させてＰＣＵ側コネクタ１４まで結んだＬ字状の直線経路に対して、湾曲した冗長部分を持たせるような配索となっている。ここで、曲線状とは、直線状でないこと、つまり、曲率１／ｒ≠０（曲率半径ｒ≠∞）であることを指す。

ケーブル１６を三次元的に湾曲させることで、いずれの方向からの荷重に対しても、ケーブル１６の変形が可能となる。図２には、Ｔ／ＡケースとＰＣＵケースが相対移動したときのケーブル１６の変形状態の模式図が示されている。Ｘ軸方向（Ｔ／Ａ側短手方向）に沿って、Ｔ／ＡケースとＰＣＵケースが相対移動したとき、図の右上に示すように、ケーブル１６は、Ｘ軸方向に長軸を持つ楕円螺旋形状となるように変形する。また、相対移動がＹ軸方向（長手方向）に沿って生じたときには、図の右下に示すように、螺旋の輪が縮むようにしてケーブル１６が変形する。相対移動がＺ軸方向（鉛直方向、ＰＣＵ側短手方向）に沿って生じたときには、図の左下に示すように、螺旋の輪が拡がるようにしてケーブル１６が変形する。

ケーブル１６は、全長に亘って曲線状となるように配索されてよい。また、変形の偏りが無視できる程度であれば（例えば全長の１０％など）直線部分を含んでもよい。従来技術である図７のように、ケーブル１６の殆どが直線部分からなるように配索される場合、当該直線部分に平行な軸方向荷重が掛かるとその部分は撓まずに、変形箇所がその他の部分に集中する。これに対して、略全長に亘って曲線状に配索することで、荷重方向に平行に延伸する部分、つまり直線部分は無くなるか無視できるほど短くなるので、ケーブル１６は全長に亘って変形可能となる。この結果、車両駆動時の振動等によってＴ／ＡケースとＰＣＵケースが相対移動するなど、ケーブル１６に荷重が掛かったときに、一部のみが変形する場合と比較して、変形量が分散され、過大な変形によるケーブル１６の断線や破断等が避けられる。

図１に戻り、ケーブル１６を三次元的な曲線状に配索するために、Ｔ／Ａ側コネクタ１２のソケット１８の差込方向軸Ｌ１と、ＰＣＵ側コネクタ１４のソケット２４の差込方向軸Ｌ２とが、ねじれの位置関係、つまり、差込方向軸Ｌ１とＬ２とが同一平面上に並ばず、かつ非平行な位置関係となるように、それぞれのソケット１８、２４を形成してもよい。

例えば、図３に示すように、Ｔ／Ａ側コネクタ１２の短手方向軸（Ｘ軸）Ｌ３に対してソケット１８の差込方向軸Ｌ１を傾斜させる。同様にして、ＰＣＵ側コネクタ１４の短手方向軸（Ｚ軸）Ｌ４に対してソケット２４の差込方向軸Ｌ２を傾斜させる。短手方向軸Ｌ３に対する差込方向軸Ｌ１の角度θ１と、短手方向軸Ｌ４に対する差込方向軸Ｌ２の角度θ２は異なっていることが好適である。このようにすることで、従来技術のようにＴ／Ａ側コネクタ１２からＰＣＵ側コネクタ１４までＬ字状に配索した経路に対して、それぞれのコネクタのケーブル１６の取り出し向きが傾斜するように配索される。その結果、各ソケット１８、２４にケーブル１６を差し込むと、ケーブル１６はＺ軸を中心軸とした螺旋状に配索され、三次元的に湾曲するようになる。

また、Ｔ／Ａ側コネクタ１２とＰＣＵ側コネクタ１４のどちらか一方のソケットを、短手方向軸に対して傾斜させるようにして、他方は短手方向軸に対して平行となるようにしてもよい。このようにしても、差込方向軸Ｌ１とＬ２とがねじれの位置関係になるので、ケーブル１６を螺旋状に配索することが可能となる。

図４、５には、本実施形態に係るケーブルユニット１０の別例が示されている。図４は、ケーブルユニット１０の斜視図が示され、図５にはケーブルユニット１０の側面図及び平面図が示されている。この例では、Ｔ／Ａ側コネクタ１２のソケット１８の配置間隔ｄ１と、ＰＣＵ側コネクタ１４のソケット２４の配置間隔ｄ２を異ならせている。このようにすることで、ケーブル１６は、ＰＣＵ側コネクタ１４から、徐々に内側に向かうようにして曲げられてＴ／Ａ側コネクタ１２に接続される。このようにすることで、ケーブル１６が三次元的に湾曲するように曲線状に配索される。

また、図４、５に示す例では、図１に示した螺旋状の配索と比較して、ケーブル１６の曲げ変形量が少なく（屈曲が浅く）なっている。一般的に、太径のケーブル１６を用いる場合、ケーブル１６には、曲げ変形に対して復元力が生じるようになる。復元力は曲げ変形量に比例して増加する。さらにこの復元力は、ケーブル１６の根元部分、つまり、ソケット１８、２４とプラグ２３に作用して、当該箇所にストレスを掛ける。ケーブル１６の曲げ変形量を少なくすることで、復元力を低減させ、ソケット１８、２４とプラグ２３に掛かるストレスを緩和させることができる。

曲げ変形に対する復元力を更に低減させるために、ケーブル１６に柔軟性を持たせてもよい。例えば、ケーブル１０として束ねられる電線素線を従来よりも小径とし、束ねる本数を従来よりも増加させる。このようにすることで、電線束の断面積を変えることなく、ケーブル１６に柔軟性を持たせることが可能となる。

１０ケーブルユニット、１２Ｔ／Ａ側コネクタ、１４ＰＣＵ側コネクタ、１６ケーブル、１８Ｔ／Ａ側ソケット、２４ＰＣＵ側ソケット。

Claims

回転電機を収容するトランスアクスルケースの端子台に接続されるＴ／Ａ側コネクタと、
インバータを収容するパワーコントロールユニットケースの端子台に接続されるＰＣＵ側コネクタと、
前記Ｔ／Ａ側コネクタとＰＣＵ側コネクタを接続する、互いに離間した複数のケーブルと、
を備え、
前記複数のケーブルは、全長に亘って三次元的に湾曲する曲線状にそれぞれ配索され、車両駆動に伴う前記トランスアクスルケースとパワーコントロールユニットケースの相対移動時に、前記複数のケーブルがそれぞれ独立して変形可能であることを特徴とする、車両用のケーブルユニット。
請求項１に記載の、車両用のケーブルユニットであって、
前記Ｔ／Ａ側コネクタとＰＣＵ側コネクタには、前記ケーブルが差し込まれるソケットが形成され、
前記Ｔ／Ａ側コネクタのソケットと前記ＰＣＵ側コネクタのソケットの差込方向軸が、ねじれの位置関係にあることを特徴とする、車両用のケーブルユニット。
請求項１または２に記載の、車両用のケーブルユニットであって、
前記Ｔ／Ａ側コネクタ及びＰＣＵ側コネクタには、それぞれ、前記ケーブルが挿入されるソケットが複数形成され、
前記Ｔ／Ａ側コネクタのソケットの配置間隔と、前記ＰＣＵ側コネクタのソケットの配置間隔とが異なることを特徴とする、車両用のケーブルユニット。