JP7091858B2

JP7091858B2 - ケーブル接続構造

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Publication number: JP7091858B2
Application number: JP2018110927A
Authority: JP
Inventors: 聡史足立
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2018-06-11
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2038-06-11
Also published as: JP2019216494A; US10661735B2; CN110581389B; CN110581389A; US20190375351A1; DE102019208214A1

Description

本発明は、いわゆるインホイールモータと、車体に配設された電源との間を繋ぐ通電ケーブルを、モータ側と電源側との一方に設けられた端子台内の端子に接続するためのケーブル接続構造に関する。

自動車の分野では、ホイール内にそのホイールを回転駆動する電動モータを配置すること、すなわち、いわゆるインホイールモータを採用することがが検討されている。その電動モータへの電流の供給は、バッテリ，駆動回路等を含んで構成される電源から行われる。そのため、電動モータと電源とは通電ケーブルで接続される。車両の衝突等の際に通電ケーブルが損傷すると、放電によってスパークが発生することが予測され、そのことに鑑みて、通電ケーブルを保護するため、下記特許文献には、保護カバーが設けられている。

特開２００５－１０４３８６号公報

通電ケーブルは、一般に、電動モータの側、駆動回路の側において、端子台に接続される。通電ケーブルに過度な張力が作用すると、通電ケーブル自体の損傷がないまでも、通電ケーブルが端子台から引き抜かれることもあり得る。その場合、引き抜かれた通電ケーブルの先端が車両を構成する何らかの部材と接触すると、その先端において放電することが予測される。上記特許文献に記載されている保護カバーは、通電ケーブルが端子台から引き抜かれることを想定した技術ではなく、通電ケーブルの引き抜きに起因する上記放電を防止することで、通電ケーブルの接続構造の実用性を向上させることが可能である。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高いケーブル接続構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明のケーブル接続構造は、
車両のホイール内に配置されてそのホイールを回転駆動する電動モータに、車体に配設された電源から電流を供給するために用いられる通電ケーブルを、電動モータ側と電源側との一方に設けられた端子台内の端子台側端子に接続するためのケーブル接続構造であって、
スリーブが、前記端子台に挿し込まれるとともに、フランジを有し、そのフランジにおいて前記端子台に締結固定されており、
前記通電ケーブルが、導電線と、その導電線のそれの先端部以外を覆う被覆と、その導電線の先端部に取り付けられたケーブル側端子とを有し、前記スリーブに、そのスリーブの内周面と前記被覆の外周面との間に接着剤が充填させられた状態で挿入され、前記ケーブル側端子と前記端子台側端子とが締結されることでその端子台側端子に前記導電線が連結されており、
一端が前記端子台の外において前記被覆に固定されるとともに他端が前記スリーブの前記フランジに係合して収縮した状態で前記通電ケーブルを内在させる筒状の保護カバーが設けられ、
前記通電ケーブルを端子台から引き抜く力が作用して、その力が、接着剤による前記スリーブと前記通電ケーブルの被覆との接着力を超え、前記導電線と前記端子台側端子との連結が解除されて前記通電ケーブルが前記端子台から引き抜かれた際に、前記保護カバーが、前記他端が前記通電ケーブルの先端を超えるように伸長すること特徴とする。

本発明のケーブル接続構造によれば、通電ケーブルが端子台から引き抜かれたとしても、上記保護カバーによって、その引き抜かれた通電ケーブルの先端が、車両を構成する他の部材と接触することが防止されることで、その先端における放電が防止される。そのため、本発明のケーブル接続構造は、実用性の高いものとなる。

実施例のケーブル接続構造が採用される電動モータが車両において配設されている状態を示す斜視図である。実施例のケーブル接続構造が採用される電動モータが車両において配設されている状態を、図１とは別の視点で示す斜視図である。電動モータ側に設けられた端子台内の端子に通電ケーブルを接続するための実施例のケーブル接続構造を説明するための図である。通電ケーブルが端子台から引き抜かれた際の、実施例のケーブル接続構造が有する保護カバーの作用を説明するための図である。

本発明のケーブル接続構造は、電動モータ側に設けられた端子台内の端子台側端子に通電ケーブルを接続するためにも、また、電源側に設けられた端子台内の端子台側端子に通電ケーブルを接続するためにも、採用することが可能である。前者の場合には、電源からの電力供給に起因する放電が防止され、後者の場合には、電動モータが回転させられているときに生じる起電力に起因する放電が防止されることになる。

本発明のケーブル接続構造は、導電線と端子台側端子との連結の解除に関して言えば、ケーブル側端子が端子台側端子から外れるような事態，導電線がケーブル側端子から外れるような事態、ケーブル側端子が破断する事態、導電線の先端部が破断する事態等のいずれを伴って通電ケーブルが端子台から引き抜かれる場合であっても、通電ケーブルの先端が、車両を構成する他の部材と接触することが防止される。

保護カバーの一端は固定されているのに対して、保護カバーの他端は、端子台と係合している。この係合は、通電ケーブルが端子台から引き抜かれた場合に、維持されるものであってもよく、また、解除されるものであってもよい。前者の場合には、通電ケーブルを引き抜く力によって保護カバーが伸長するように構成することができる。また、後者の場合も、ある程度まで通電ケーブルが引き抜かれたときに係合が解除されるようにすれば、通電ケーブルを引き抜く力によって保護カバーが伸長するように構成することができる。

一方、どの段階で通電ケーブルの他端の係合が解除されるに拘わらず、自身の弾性反力によって伸長するように構成することもできる。詳しく言えば、保護カバーが弾性変形を伴って収縮された状態で、通電ケーブルのケーブル側端子と端子台の端子台側端子とが締結されており、導電線と端子台側端子との連結が解除されたときに、弾性反力によって自らが伸長するように構成することができるのである。そのように構成する場合、保護カバーは、少なくとも一部、若しくは、当該保護カバーが複数の構成部材によって構成されている場合におけるそれら複数の構成部材の少なくとも１つを、実質的な弾性部材、すなわち、適切なばね定数を有する部材とすればよい。

保護カバーは、例えば、テレスコピック構造のものとしてもよい。具体的に言えば、複数の筒状部材が嵌め合わされており、それら複数の筒状部材が相対移動することで、長さが変化するような構造としてもよい。そのような構造ではなく、例えば、蛇腹構造のものとしてもよい。蛇腹構造を採用すれば、簡便な構造において、収縮状態における長さと伸長状態における長さとの差を比較的大きくすることが可能であり、また、通電ケーブルの可撓性を担保すべく自身にも可撓性を持たせることが可能である。簡単に言えば、充分な伸長代を有し、かつ、通電ケーブルの動きを阻害しないような保護カバーを、簡便な構造において実現させることができるのである。

通電ケーブルが端子台から引き抜かれた場合、通電ケーブルの先端は、伸長した保護カバーの内部空間に位置することになる。その場合、その先端が、保護カバーの内周面に接触することが予想され、内周面に通電ケーブルの先端が接触した状態で、保護カバーの外周面が、車両を構成する他の部材と接触することが予想される。そのことに鑑みれば、保護カバーは、当該保護カバーを介した放電を防止するために、内周面と外周面との間の電気的絶縁性が確保されたものであることが望ましい。

本発明のケーブル接続構造は、転舵されるホイールを回転駆動する電動モータに対して採用されてもよく、また、転舵されないホイールを回転駆動する電動モータに対して採用されてもよい。前者の場合、すなわち、ホイールが転舵されるものである場合は、電動モータと車体との相対位置変化が大きいことから、通電ケーブルに過大な力が作用する可能性が高く、本発明のケーブル接続構造を採用するメリットが大きいものとなる。

以下に、本発明の実施例であるケーブル接続構造を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明のケーブル接続構造は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。

図１，図２は、二点鎖線で示すホイール１０内に配設された電動モータ１２（以下、単に、「モータ１２」と略す場合がある）が車両に搭載された状態を、それぞれ、車両斜め後方側，車両後方側から示す図である。モータ１２は、いわゆるインホイールモータと呼ばれるものであり、ホイール１０を保持するとともに、減速機をも内蔵してそのホイール１０を回転駆動させる。

図に示すホイール１０は、四輪車両における左前輪、すなわち、転舵輪であり、モータ１２は、詳しくは、モータ１２のハウジングは、ストラット型（マクファーソン式）サスペンション装置におけるステアリングナックルとして機能する。詳しく言えば、モータ１２のハウジングは、下部において、ボールジョイント１４を介して、車体のサイドメンバー１６（図では一部しか示されていない）に一端が支持されたロアアーム１８の他端に支持されている。一方で、モータ１２のハウジングは、車体側の側面において、上端が車体のマウント部２０に支持されたショックアブソーバ２２の下端部を保持し、車両前方側の部分において、ブレーキキャリパ２４を保持している。さらに、モータ１２のハウジングは、転舵装置２６が有する転舵ロッドの両端の一方と、リンクロッド２８を介して連結されている。モータ１２の回転によってアクスルハブ３０が回転し、ホイール１０は、図示しないブレーキディスクとともに、そのアクスルハブ３０に締結されている。

モータ１２は、３相のいわゆるブラシレスモータであり、モータ１２への電流の供給は、車体に配設された電源３２（図２に模式的に示されている）から、３本の通電ケーブル３４（以下、単に、「ケーブル３４」と略す場合がある）を介して行われる。ちなみに、電源３２は、バッテリ３６と駆動回路であるインバータ３８とを含んで構成されている。

モータ１２のハウジングには、端子台４０が付設され、また、車体にも、同様の端子台４２が付設されている。ケーブル３４は、弛んだ状態で、それら端子台４０，４２の間に渡されるようにして、両端部が、それら端子台４０，４２に接続されている。

各ケーブル３４の端子台４０，４２への接続を、図３を参照しつつ、モータ１２側に設けられた端子台４０への接続を例にとって説明する。図３（ａ）に示すように、端子台４０は、一方が開口するボックス形状をなすアルミ合金製の端子台本体４４と、樹脂製のカラー４６を介して端子台本体４４の底壁に固定された鋼製の端子座４８と、端子台本体４４の開口を塞ぐ樹脂製の蓋５０と、端子台本体４４の側壁に穿設された保持穴５２に挿し込まれたアルミ合金製のフランジ付のスリーブ５４とを含んで構成されている。スリーブ５４の外周面と保持穴５２の内周面との間には、シール材としてのＯリング５６が介在させられ、スリーブ５４は、ボルト５８によって、フランジにおいて端子台本体４４に締結固定されている。

一方、ケーブル３４は、断面を模式的に示す図３（ｂ）をも参照しつつ説明すれば、銅線が縒り合されてなる導電線としてのワイヤ６０と、ワイヤ６０の周囲を覆う被覆６２と、ワイヤ６０の先端部（図３（ａ）における左方の端部）に取り付けられた端子６４とを含んで構成されている。被覆６２は、多層構造とされており、内側の層から外側の層に向かって順に説明すれば、ワイヤ６０と接するフッ素樹脂製のセパレータ６６，絶縁層として機能するフッ素樹脂製の絶縁チューブ６８，銅線が編み込まれて筒状をなすとともに電磁シールドとして機能する編組管７０、最外周に位置して保護機能を発揮する耐熱ビニル製のシース７２によって構成されている。ワイヤ６０の先端部は、被覆６２によって覆われておらず、言い換えれば、被覆６２が剥離されており、その先端部に、端子６４が取り付けられている。端子６４は、図３（ｃ）に示すように、中央に穴７４が穿設された平板部７６と、その平板部７６と連続して形成されてワイヤ６０を挿入させるための管状部７８とを有しており、管状部７８がカシメられて、ワイヤ６０に端子６４が取り付けられる。

ケーブル３４は、スリーブ５４に挿入されて、ワイヤ６０に端子６４が取り付けられる。スリーブ５４の内周面は段付形状とされており、その形状に合致するように、ケーブル３４において、被覆６２が先端側から段階的に剥がされている。詳しく言えば、端子６４が取り付けられる部分は、被覆６２の全てが剥がされ、その部分に続く端子６４に近い部分は、編組管７０，シース７２だけが剥がされている。編組管７０，シース７２だけが剥がされた部分は、スリーブ５４の小内径部内に位置させられ、その部分に続く部分が、スリーブ５４の大内径部内に位置させられる。ちなみに、編組管７０は、被覆６２が全て残る部分に折り返されている。スリーブ５４の大内径部における内周面と、その内周面と向かい合うケーブル３４の外周面との間には、接着剤が充填されており、その外周面と、自身の内周面とでスリーブ５４を挟むようにして、鋼製の保護筒８０が、ケーブル３４に、詳しくは、ケーブル３４のシース７２にカシメられている。

端子６４は、モータ１２内にまで延びる配線、すなわち、モータ内部配線の端子８２（端子６４と同様の形状をなしている）とともに、ボルト８４によって、端子座４８に締結される。つまり、ケーブル３４側の端子（ケーブル側端子）である端子６４と、モータ１２側の端子（モータ側端子）である端子８２とが互いに締結されるのである。ちなみに、端子８２，端子座４８は、端子台４０内に設けられた端子としての端子台側端子と考えることができ、そのように考えれば、その端子台側端子とケーブル側端子である端子６４とが締結されることで、ワイヤ６０が、端子６４を介して、端子台側端子と連結されていると考えることができるのである。

本ケーブル接続構造では、端子台４０の外部において、ケーブル３４を内在させる筒状の保護カバー９０が設けられている。保護カバー９０は、樹脂性の螺旋状蛇腹であるブーツ９２と、コイルスプリング９４（以下、単に「スプリング９４」と言う場合がある）とを含んで構成されている。つまり、蛇腹構造を有している。スプリング９４は、ブーツ９２の外周において、蛇腹の谷に自身の線材が沿うようにして配置されている。ちなみに、ブーツ９２の材質は、特に限定されるものではないが、本ケーブル接続構造において採用されている樹脂は、オレフィン系熱可塑性エラストマである。詳しく言えば、ゴム弾性を担うオレフィンゴム（ＥＰＤＭ，ＥＰＲ）の分散相と、塑性変形を防止するためのＰＰ樹脂のマトリクス相からなり、室温でゴム弾性を示し、高温では塑性流動性（熱可塑性）を示すため成形，加工が容易なエラストマ材料である。

保護カバー９０は、一端である基端（図の右方の端）において、概してドーナツ状（穴あき円盤状）をなす金属製のリテーナ９６によって、ケーブル３４の被覆６２に固定されている。詳しく言えば、ブーツ９２の端部が、リテーナ９６とともにカシメられるようにして、固定されている。スプリング９４の基端は、リテーナ９６によって支持されている。一方で、保護カバー９０の他端である先端（図の左方の端）は、ブーツ９２の先端が巻き付くようにしてスプリング９４の先端に固着されており、ブーツ９２の先端，スプリング９４の先端がともに、端子台４０を構成するスリーブ５４のフランジに、係合、すなわち、当接している。

保護カバー９０は、リテーナ９６とスリーブ５４のフランジとの間に配設され、ブーツ９２，スプリング９４は、ともに圧縮変形させられた状態とされている。つまり、保護カバー９０は、収縮させられた状態で配設されているのである。なお、ブーツ９２，スプリング９４がともに弾性体であること、および、当該保護カバー９０が蛇腹構造を有していることで、当該保護カバー９０は、ホイール１０と車体との相対動作に伴うケーブル３４の撓むような動きを、阻害しないものとされている。

図４（ａ）は、当該ケーブル接続構造の外観を示すものであるが、例えば、車両が衝突した場合等に、図に示すように、ケーブル３４に過度な引張力、すなわち、ケーブル３４を端子台４０から引き抜く力（図において白抜矢印で示す力）が作用する。この力が、接着剤によるスリーブ５４とケーブル３４の被覆６２との接着力を超えると、図３（ａ）から理解できるように、ケーブル３４の導電線であるワイヤ６０と、端子台側端子である端子座４８，モータ側の端子８２との連結が解除されることが予想される。具体的には、ワイヤ６０がケーブル側の端子６４から引き抜かれたり、その端子６４自体が弱体箇所（図において★で示す箇所）において破断することが予測される。このようにしてワイヤ６０の連結が解除されると、図４（ｂ）に示すように、ケーブル３４が、端子台４０から引き抜かれる。

本ケーブル接続構造では、ケーブル３４が端子台４０から引き抜かれた場合、図４（ｂ）に示すように、保護カバー９０の先端の端子台４０との係合が解除されて、すなわち、保護カバー９０の先端が端子台４０のスリーブ５４から離れ、保護カバー９０は、圧縮させられていたことによる自身の弾性反力によって、伸長する。詳しく言えば、ブーツ９２，スプリング９４の弾性反力によって、保護カバー９０は、先端が、二点鎖線で示すケーブルの先端９８を超えるように、伸長させられるのである。

仮に、当該保護カバー９０が設けられていなかった場合を考えると、ケーブル３４の先端９８には、電源３２によって電圧が印加されており、もし、その先端９８が、車両を構成する何らかの部位，部材，部品に接触すれば、被覆９２によって覆われていないため、その先端９８において放電する可能性があり、場合によっては、スパークが発生する可能性がある。このような放電は、例えば、車両を構成する種々の機器に対して悪影響を与える等の理由から、防止されることが望ましい。

本ケーブル接続構造が採用されていれば、ケーブル３４が端子台４０から引き抜かれた場合であっても、伸長する保護カバー９０により、上記放電が防止される。なお、保護カバー９０を介して、引き抜かれたケーブル３４の先端９８が、何らかの部位，部材，部品に接触したとしても、保護カバー９０のブーツ９２が上記樹脂、すなわち、絶縁体であるため、保護カバー９０を介した放電も防止させることになる。つまり、保護カバー９０の内周面と外周面との間の電気的絶縁性が確保されているため、保護カバー９０を介した放電も防止されるのである。

ここまでの説明は、モータ側の端子台４０とケーブル３４との接続について行ったが、電源側の端子台４２とケーブル３４との接続についても、同じ接続構造が採用されているため、端子台４２からケーブル３４が引き抜かれた場合、ホイール１０が回転させられることによってモータ１２に生じる起電力に起因した放電が防止されることになる。

なお、上記ケーブル接続構造では、樹脂製のブーツ９２と金属製のスプリング９４とによって構成された保護カバー９０が採用されていたが、例えば、ブーツの弾性反力だけにによって充分に伸長することができるのであれば、スプリングを排除した保護カバーを採用することも可能である。

さらに言えば、自身の弾性反力に依らずに伸長するような保護カバーを採用することも可能である。具体的には、保護カバーの先端の端子台との係合が、保護カバーが充分に伸長した時点で解除されるようにすれば、ケーブルを端子台から引き抜く力によって、保護カバーを伸長するようにすることも可能である。

１０：ホイール１２：電動モータ３２：電源３４：通電ケーブル３６：バッテリ３８：インバータ４０：端子台４４：端子台本体４８：端子座〔端子台側端子〕５４：スリーブ６０：ワイヤ〔導電線〕６２：被覆６４：端子〔ケーブル側端子〕８２：端子〔端子台側端子〕９０：保護カバー９２：ブーツ９４：コイルスプリング９６：リテーナ９８：先端（通電ケーブルの）

Claims

車両のホイール内に配置されてそのホイールを回転駆動する電動モータに、車体に配設された電源から電流を供給するために用いられる通電ケーブルを、電動モータ側と電源側との一方に設けられた端子台内の端子台側端子に接続するためのケーブル接続構造であって、
スリーブが、前記端子台に挿し込まれるとともに、フランジを有し、そのフランジにおいて前記端子台に締結固定されており、
前記通電ケーブルが、導電線と、その導電線のそれの先端部以外を覆う被覆と、その導電線の先端部に取り付けられたケーブル側端子とを有し、前記スリーブに、そのスリーブの内周面と前記被覆の外周面との間に接着剤が充填させられた状態で挿入され、前記ケーブル側端子と前記端子台側端子とが締結されることでその端子台側端子に前記導電線が連結されており、
一端が前記端子台の外において前記被覆に固定されるとともに他端が前記スリーブの前記フランジに係合して収縮した状態で前記通電ケーブルを内在させる筒状の保護カバーが設けられ、
前記通電ケーブルを前記端子台から引き抜く力が作用して、その力が、接着剤による前記スリーブと前記通電ケーブルの被覆との接着力を超え、前記導電線と前記端子台側端子との連結が解除されて前記通電ケーブルが前記端子台から引き抜かれた際に、前記保護カバーが、前記他端が前記通電ケーブルの先端を超えるように伸長すること特徴とするケーブル接続構造。
前記保護カバーが、自身の弾性反力によって伸長するように構成された請求項１に記載のケーブル接続構造。
前記保護カバーが、蛇腹構造を有している請求項１または請求項２に記載のケーブル接続構造。
前記保護カバーが、内周面と外周面との間の電気的絶縁性が確保されたものである請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のケーブル接続構造。
前記ホイールが、転舵される転舵輪を構成するものである請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載のケーブル接続構造。