特集HEV/EV 用ハーネスとコネクタ～パイプハーネス パワーケーブル ダイレクトコネクタ～
Wiring Harness and Connector for Electric and Hybrid Electric Vehicles- Pipe Shielded Wiring Harness, Power Cable, and Direct Connector ＊水谷美生

桑原正紀

Yoshio Mizutani

橋本大輔

釣田Daisuke Hashimoto

聡史

Satoshi Tsuruta

Masanori Kuwahara

この約四半世紀、CO2排出量増加による地球温暖化問題に対応するため、自動車業界では HEV（ハイブリッド自動車）などの開発が活発に行われている。更に近年では内燃機関を使用しない EV（電気自動車）の開発が加速している。電気自動車は主に高圧バッテリ、インバータ、モータからなる電気駆動系で走行し、走行時に CO2を排出しないため環境問題の解決に大きく貢献できる。当社はこれまで電気駆動系に使用される高圧ハーネスや高圧コネクタを開発 ･ 製造しており、多数の HEV などに採用されている。本稿では、EVにも適用可能な HEV 用開発品として、高圧バッテリとインバータを接続するアルミ電線に適用したパイプハーネス、インバータとモータを接続するパワーケーブルとダイレクトコネクタを紹介する。

Sumitomo Electric Industries, Ltd. has developed and produced high-voltage wiring harnesses and connectors used forelectric drivetrains, and these products have been used in many hybrid electric vehicles (HEVs). For the past quarter
century, HEVs have been actively developed to prevent global warming caused by CO2 emissions. The development ofelectric vehicles (EVs) that require no internal combustion engines has also been accelerated. An electric drivetrain used inan EV mainly consists of a high-voltage battery, inverters, and motors. This paper introduces our products that have beendeveloped for HEVs and are also applicable to EVs. These products include a pipe shielded wiring harness applied to thealuminum wire between the high-voltage battery and the inverters as well as a power cable and direct connectors thatconnect the inverters to the motors.
キーワード：高圧ハーネス、パイプハーネス、パワーケーブル、高圧コネクタ

1.

緒言の開発が加速しており、電池技術や充電技術の進化ととも

ここ約20年、化石燃料の枯渇問題や CO2排出量増加によに今後は EV の増加が予測される。

る地球温暖化問題に対して、燃費向上や CO2排出量削減を

HEV や EV の電気駆動系は高圧バッテリやモータなどか目的に HEV ※1・EV ※2などの開発が進められている。特にら構成されている。それらは互いに高圧ハーネスで接続さこの中でも HEV は燃料補給に既存のガソリンスタンドを利用できるため急速に普及が進んできた。近年は、各国の内の厳格化に伴い、図1に示すように電動化車両が増加傾向となっている。当分の間、電動化車両に占める HEV の割合は高い状態が続くと予測されるが、内燃機関を用いない EV
表124

内燃機関車両の販売禁止方針

国

内燃機関車両販売禁止時期

ノルウェー

2025年

オランダ

2030年

ドイツ

2030年

インド

2030年

フランス

2040年

英国

2040年

スウェーデン

2045年

100%

世界販売台数のドライブトレイン比率

燃機関車両の販売禁止方針の発表（表1）、CO2排出量規制

電動化車両

90%
80%
70%
60%
50%
40%

内燃機関車両

30%
20%
10%
0%

［年］

図1

内燃機関車両と電動化車両の販売比率予測

HEV/EV用ハーネスとコネクタ ～パイプハーネス パワーケーブル ダイレクトコネクタ～

れて電力伝送が行われている。当社は、この高圧ハーネスを20年近くにわたり製造している（1）～（4）。また、この電動3.

EV にも適用可能な HEV 用開発品

本章では、EV への適用も念頭に置いて開発した HEV 用化の波の中、HEV のモータ出力増大、燃費向上に向けた軽開発品を紹介する。

量化、更には EV への適用も視野に入れた高圧ハーネスの3－1開発を進めている。

パイプハーネスと PN コネクタ

床下ハーネスには前述したように保護機能が重要であ

本稿では、EV にも適用可能な製品として HEV 用に開発り、当社は外装材として樹脂プロテクタ以外に、アルミパした、アルミ電線に適用したパイプハーネス、パワーケーイプを使用したパイプハーネスを2005年以来製造していブル、ダイレクトコネクタの構成と特徴について述べる。

る（1）。パイプハーネスの特徴は、アルミパイプが保護機能とシールド機能を兼ね備えている以外に、良好な耐熱性／2.

熱伝導性、及び三次元曲げ加工による配索形状対応などで電気駆動系と高圧ハーネス（4）。
ある（3）、

HEV や EV の電気駆動系を構成する主要機器である高圧（3）、（4）では、アルミパイプに挿従来のパイプハーネス（1）、バッテリ、インバータ、及びモータは、互いに高圧ハーネ通する電線は銅電線であった。しかし、HEV のパワー増大スで接続されている（図2）。高圧バッテリとインバータ間による大電流化により導体の断面積が増大となり質量増加を結ぶ高圧ハーネスは、床下ハーネスと呼ばれ、線長が比が問題となった。また、燃費向上の観点からも軽量化が望較的長い。一方、インバータとモータ間を結ぶ高圧ハーネまれた。これら要求に対応するため電線のアルミ化を行っスはパワーケーブルと呼ばれ、比較的線長が短い。いずれた。パイプハーネスに適用するアルミ電線には、振動に耐の高圧ハーネスにも、周囲の電子機器や信号線に電磁ノイえる耐屈曲性と良好な導電性が必要であり、それらを両立ズ影響を与えないよう、シールド機能が必要である。
床下ハーネスは車両の床下に配索されるため、飛び石などによる外傷から電線を保護する外装材が重要である。外装材には樹脂プロテクタや金属パイプが使用される。

した新しいアルミ材料を用いて軽量化を実現した（写真1（a）、（b））。
また、このパイプハーネスにおけるもう1つの開発品は、インバータ側の接続に用いる高圧コネクタであり、PN コネ近年、インバータとモータ間の距離が短くなりつつあり、）。大電流が流れるパイプハー
クタ※3と呼ばれる（写真1（c）

パワーケーブルは短尺化傾向にある。この動向に対して当ネスの電線は、断面積が大きい太物電線であるため、車両社は、従来約100cm であったパワーケーブルを10cm 程度の振動が電線を介して高圧コネクタに作用し、端子の電気に小型／軽量化したパワーケーブル、または機器間を高圧接点部を摩耗させて発熱に至る恐れがある。この振動を抑コネクタで直接接続するダイレクトコネクタを開発して車制するためには電線と高圧コネクタ、インバータを互いに両の特徴に応じて適用している。

(a)

エンジン
パワーケーブル

HEV

床下ハーネスインバータ

モータ

高圧バッテリEV

パワーケーブル

図2

床下ハーネス(b)(c)（充電ケーブル）

HEV、EV の電気駆動系

写真1

パイプハーネスとPN コネクタ

2019 年 1 月・S E I テクニカルレビュー・第 194 号

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強固に固定する必要がある。しかし背反として、温度変化した（写真2）。

による高圧コネクタ構成部品の膨張収縮を吸収できず、電これらの小型／軽量化対策により、写真3に示すような気接点部が摩耗する恐れがある。これらを考慮して開発しパワーケーブルを開発し、限られた狭いスペースでの搭載た PN コネクタは、図3に示すように強固な固定構造でありを可能にした。

ながら、柔軟導体が膨張収縮による構成部品の寸法変化を吸収する構造となっている。この構造により、信頼性だけでなく、従来のボルト締め構造から組付けが容易なコネク

太物電線

モールド樹脂（高圧コネクタ筐体）タ構造となったことにより、インバータへの組付け作業性も大きく向上した。

インバータ
ケース

電気接点部

電線／PNコネクタ／
インバータの強固な固定端子
図4

防水ゴム栓

6相一括モールド断面の概念図

電線

柔軟導体
図33－2

PN コネクタの寸法変化吸収

パワーケーブル

前述したようにインバータとモータ間の距離は短くなり

写真2

銅布シールドつつある。これに応ずるための1つの方法として開発したパワーケーブルについて述べる。
今回の対象車両のパワーケーブルは、インバータと駆動用／発電用の2基の三相交流モータとを接続しており、各モータの3本、計6本の太物電線、インバータとモータに接続する高圧コネクタ、及び電磁ノイズを遮蔽するシールド層から構成されている。このパワーケーブルを短尺区間に適用するために小型／軽量化が必要であった。
従来の高圧コネクタは、防水用ゴム栓を通した3本の太物電線の両端に樹脂成形した筐体を組付けたものであり、パワーケーブルはこれを2組用いた形態であった。このパワーケーブルの小型化を行うために、6本の電線を一度にインサートモールドする6相一括モールド技術（図4）を採

写真3

パワーケーブル外観用した。これによりゴム栓省略、2組のパワーケーブルの一体化が実現されて小型化が可能となった。
従来のシールド層は、電線を筒状の編組シールドが包み込む構造であったため、端末接続などの影響で小型化には限界があった。今回、短尺区間であることも活用して布状のシールド部材を採用することにより小型／軽量化を実現

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3－3ダイレクトコネクタ

ここでは、インバータとモータを高圧コネクタで直接接続するダイレクトコネクタについて述べる。

HEV/EV用ハーネスとコネクタ ～パイプハーネス パワーケーブル ダイレクトコネクタ～

車両工場における組付け作業性を向上させるためにモー第2段階は端子の嵌合が始まる前段階である。この段階

タ直上にインバータを搭載するレイアウトとし、ケーブルをでは端子嵌合のために更に精度よく位置を調整する必要が使用せずインバータをモータ上に載せると同時に接続できある。これに対しては、モータ側高圧コネクタに誘い込みる技術が求められていた。これの解決策として、インバーを設定し、インバータ側高圧コネクタをフローティング構タ／モータの各機器に高圧コネクタを一体化したダイレク造とすることで自動調芯可能とした。また、インバータ側

トコネクタを開発した（写真4）。

高圧コネクタの動きにより発生するインバータ内部の接続位置とのズレを吸収するために高圧コネクタ内部に柔軟導体を用いた（図6）。

インバータ側高圧コネクタ

柔軟導体

ブラケット

フローティング構造

モータ側
高圧コネクタ写真4コネクタの誘い込み拡大

インバータ
ケース

モータ側
高圧コネクタインバータ側高圧コネクタダイレクトコネクタ外観

図6

高圧コネクタ嵌合（第2段階）

インバータをモータ直上に搭載してモータと接続するにこれらの工夫により、ワンモーション且つ1箇所のみのは、高精度な位置合せが必要である。しかし、重量物であるボルト締結で2個の高圧コネクタ嵌合が可能となり、インインバータを微調整しながら搭載することは困難であるた

バータ搭載／高圧コネクタ嵌合の組付け作業性が大幅に向め、ラフな位置合せでインバータとモータの高圧コネクタ上した。

を嵌合できることが要求された。この要求に応えるために2段階の誘い込み構造を採用した。第1段階はインバータをモータに接近させた時のコネクタ嵌合の初期段階である。

4.

結

言

インバータケースに位置決めピンを設け、形状の工夫、及今回報告した開発品は、いずれも EV への適用を考慮しび適切な誘い込み代を設定することにより、高圧コネクタて開発を行い、小型／軽量化、信頼性向上、作業性向上に同士が干渉せずに最適な位置となるようにした（図5）。

寄与したものであり、既に HEV の量産車両に搭載されている。

インバータ側高圧コネクタインバータ用 語 集 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
締結ボルト

※1

Hybrid Electric Vehicle：ハイブリッド自動車。
※2

嵌合用
位置決めピン

HEV

EVElectric Vehicle：電気自動車。

モータ

モータ側
高圧コネクタ※3

PN コネクタ

Positive Negative Connector：高圧バッテリの正極／負極それぞれをインバータにつなぐ2極の高圧コネクタ。

図5 インバータとモータの嵌合作業（第1段階）

2019 年 1 月・S E I テクニカルレビュー・第 194 号

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参考文

献

（1）「新型ハイブリ ッド車に高圧ハーネスが採用」、SEI WORLD、vol. 339（December 2005）（2） 宮崎正、紀平宗二、野崎隆男、「プリウス用高圧ハーネスの新シールド構造～トヨタ自動車㈱原価改善優秀賞受賞～」、SEI テクニカルレビュー
第167号、pp. 17-20（September 2005）（3） Y . Mizutani, O. Weiss, “Pipe Shield High-Voltage Wiring
Harness,”World Electric Vehicle J., vol. 5, issue 2, pp. 581-587（2012）（4） 井谷康志、水谷美生、桑原正紀、橋本章吾、「高圧アルミパイプハーネス」、SEI テクニカルレビュー第185号、pp. 14-17（July 2014）

執筆者 ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

水谷美 生＊ ：㈱オートネットワーク技術研究所
主席

橋本大輔

：㈱オートネットワーク技術研究所
グループ長

釣田聡史

：住友電装㈱

グループ長

桑原正紀

：住友電装㈱部長ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー＊主執筆者

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