CN111614211A - 功率控制单元的密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够使连接导体的热量效率良好地向外部放出，能够抑制导体外壳、密封构件的耐久性的降低的功率控制单元的密封结构。功率控制单元具备功率模块、水套以及供电连接模块。水套具有从水套的一侧面朝向水套的另一侧面贯通的贯通孔。供电连接模块具有：连接导体，其将贯通孔贯通并将内部供电通路与外部供电通路连接；以及导体外壳，其抱持连接导体的外部供电通路侧的至少一部分的周围。在水套与导体外壳之间夹装有将贯通孔的周围密闭的密封构件。

Description

功率控制单元的密封结构

技术领域

本发明涉及与马达单元连接的功率控制单元的密封结构。

背景技术

已知有在搭载于车辆的马达单元直接连结功率控制单元而成的结构。在功率控制单元中内装有功率模块，该功率模块具备将马达驱动、再生的逆变器、升压转换器等的功能。在马达单元与功率控制单元之间设置有将马达单元侧的三相的供电通路与功率模块侧的三相的供电通路连接的供电连接模块(例如，参照日本特开2016-139540号)。

这种供电连接模块具有将马达单元侧的各相的供电通路(以下，称为“外部供电通路”。)与功率模块侧的对应的相的供电通路(以下，称为“内部供电通路”。)连接的母线等连接导体、以及抱持该连接导体的树脂制的导体外壳。导体外壳例如固定于马达单元侧，在将功率控制单元安装于马达单元时，导体外壳的一部分通过功率控制单元的下壳体的贯通孔而配置于下壳体的内部。被导体外壳抱持的连接导体的端部在下壳体的内部与内部供电通路连接。

另外，在采用上述的供电连接模块的功率控制单元中，为了将供电连接模块的导体外壳的一部分和连接导体插入下壳体内，在下壳体的壁形成有贯通孔。并且，当在贯通孔与导体外壳之间存在间隙时，垃圾、尘埃有可能进入功率控制单元的块的内部，因此在导体外壳与下壳体的贯通孔的周围区域部之间夹装有密封构件。

上述的以往的功率控制单元的密封结构在抱持连接导体的导体外壳与功率控制单元(下壳体)的外壁之间夹装有密封构件。因此，当流动高压电流的连接导体发热时，该热量易于通过导体外壳向密封构件传递。并且，担心当长期持续向密封构件的高热量的传递时，招致密封构件的劣化。另外，当连接导体发热时，该热量向树脂制的导体外壳传递，因此不得不由耐热性高的高价的树脂来制造导体外壳，这种情况易于成为导致产品成本增大的原因。

发明内容

本发明的方案是考虑这样的状况而完成的，目的在于提供一种能够使连接导体的热量效率良好地向外部放出，能够抑制导体外壳、密封构件的耐久性的降低的功率控制单元的密封结构。

为了解决上述的课题而达成上述目的，本发明采用了以下的方案。

(1)在本发明的一方案的功率控制单元的密封结构中，功率控制单元具备：功率模块；水套，在所述水套的一侧面侧配置所述功率模块，并通过在所述水套的内部流动的冷却水来冷却所述功率模块；以及供电连接模块，其安装于所述水套的另一侧面侧，并将所述功率模块的内部供电通路与马达单元的外部供电通路连接，其中，所述水套具有从该水套的一侧面朝向所述水套的另一侧面贯通的贯通孔，所述供电连接模块具有：连接导体，其将所述贯通孔贯通并将所述内部供电通路与所述外部供电通路连接；以及导体外壳，其抱持所述连接导体的外部供电通路侧的至少一部分的周围，在所述水套与所述导体外壳之间夹装有将所述贯通孔的周围密闭的密封构件。

根据上述方案(1)，当由于在连接导体流动高压电流而使连接导体发热时，该热量通过导体外壳和密封构件向水套传递。传递到水套的热量通过在水套的内部流动的冷却水而将热量向外部放出。由此，由连接导体产生的热量通过水套效率良好地向外部放出，且导体外壳、密封构件的由热量引起的耐久性的降低被抑制。

(2)在上述方案(1)的基础上，也可以是，所述连接导体与三相交流的各相对应设置有三个，三个所述连接导体被共用的所述导体外壳抱持。

根据上述方案(2)，能够使从三个连接导体发出的热量通过共用的导体外壳和密封构件向水套传递。因此，在采用了本结构的情况下，能够削减部件个数，并且能够削减部件的组装工时。

(3)在上述方案(1)或(2)的基础上，也可以是，在所述水套的所述另一侧面侧突出设置有与所述贯通孔连通的筒状壁，在所述导体外壳设置有插入所述筒状壁的内部的突出部，所述密封构件配置于所述突出部的外周面与所述筒状壁的内周面之间。

根据上述方案(3)，密封构件以水套侧的筒状壁与导体外壳侧的突出部之间的宽广的接触面进行接触。因此，能够更有利地防止垃圾、尘埃向功率控制单元的内部的进入，并且能够使通过密封构件的从导体外壳向水套的热传递良好。

(4)在上述方案(1)或(2)的基础上，也可以是，所述导体外壳具有与所述水套的所述另一侧面抵接的基壁，所述密封构件配置于所述水套的所述另一侧面中的所述贯通孔的周缘部与所述基壁之间。

根据上述方案(4)，在将导体外壳组装于水套时，能够以较大的力来压缩密封构件，因此能够通过比较的简单结构，来更有利地防止垃圾、尘埃向功率控制单元的内部的进入。

(5)在上述方案(1)～(4)中任一方案的基础上，也可以是，所述连接导体具有：模块侧母线，其与所述内部供电通路连接；马达侧母线，其与所述外部供电通路连接；以及编织电线，其将所述模块侧母线与所述马达侧母线连接，所述编织电线的至少一部分位于所述贯通孔内。

根据上述方案(5)，通过夹装于马达侧母线与模块侧母线之间的编织电线，能够抑制连接部的误差吸收、伴随车辆振动的应力的产生。另外，由编织电线部分产生的热量效率良好地通过贯通孔的内壁向水套传递。因此，在采用了本结构的情况下，能够效率良好地将易于发热的编织电线部分的热量向外部放出。

根据本发明的方案，能够效率良好地将由连接导体发出的热量通过导体外壳和密封构件向水套传递、并通过在水套的内部流动的冷却水向外部放出，因此能够抑制导体外壳、密封构件的由热量引起的耐久性的降低。

附图说明

图1是示出实施方式的车辆的发动机室内的设备的配置的俯视图。

图2是实施方式的车辆的与图1的II向视相当的示意性的侧视图。

图3是实施方式的功率控制单元的侧视图。

图4是实施方式的马达单元的上部的侧视图。

图5是实施方式的供电连接模块的主视图。

图6是实施方式的供电连接模块的分解立体图。

图7是实施方式的功率控制单元的沿着图3的VII-VII线的剖视图。

图8是实施方式的功率控制单元的沿着图7的VIII-VIII线的剖视图。

图9是实施方式的水套的俯视图。

图10是实施方式的功率控制单元的发动机室内的立体图。

图11是另一实施方式的功率控制单元的与图7相同的剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，在一部分附图中标注有指向车辆的前方的箭头FR、指向车辆的上方的箭头UP、以及指向车辆的左侧方的箭头LH。

图1是从上方观察车辆的发动机室1而得到的图，图2是与图1的II向视相当的示意性的侧视图。

在车辆的发动机室1内搭载有车辆驱动用的发动机2与马达单元3。马达单元3根据车辆的行驶状况而进行车辆的驱动和再生发电。马达单元3与发动机2的侧部一体地结合。在马达单元3的上部连结有功率控制单元4，该功率控制单元4将未图示的高压蓄电池的电力变换为交流而向马达单元3输出，反过来将由马达单元3再生发电的电力向高压蓄电池输出。需要说明的是，图中的附图标记5是将未图示的高压蓄电池与功率控制单元4连接的高压线缆，附图标记6是散热器，附图标记7是将外部气体过滤而导入发动机2的空气滤清器。

图3是从车辆的左侧方观察功率控制单元4而得到的图。

功率控制单元4具备：功率模块10，其具备逆变器、升压转换器等的功能；水套11，其位于功率模块10的下方并支承功率模块10；上壳体12，其安装于水套11的上表面侧并将功率模块10的上方和周围覆盖；以及下壳体13，其安装于水套11的下表面侧，并将配置于水套11的下方的未图示的电抗器等覆盖。

功率模块10从未图示的控制装置接收控制信号，将高压蓄电池的直流电流变换为三相的交流电流而向马达单元3的马达主体部输出，并在再生发电时，将由马达主体部发出的三相的交流电流变换为直流电流而向高压蓄电池输出。功率模块10与马达单元3之间通过两个供电连接模块14(供电连接部)而电连接。两个供电连接模块14是马达驱动用的供电连接模块和再生用的供电连接模块。两个供电连接模块14设为相同的结构。

两个供电连接模块14沿车辆前后方向分离地安装于马达单元3的马达块3a(固定块)的上部。各供电连接模块14能够拆装地安装于马达块3a的上部。

水套11由导热性优异的金属材料构成，通过在内部循环冷却水而冷却搭载设备。在水套11设置有冷却水的导入口11i和排出口11o(参照图9。)。导入口11i和排出口11o与未图示的冷却水的循环回路连接。

另外，在水套11的上表面侧借助模块保持构件17而安装有功率模块10。在本实施方式中，模块保持构件17和水套11构成了在功率模块10的下方侧支承功率模块10的支承块。

上壳体12的主要部分由铝合金、耐热性的树脂等一体地形成。上壳体12主要具有将功率模块10的上方覆盖的上壁12u、从上壁12u的前后和左右的各端部向水套11方向弯折地延伸的侧壁12s、以及从侧壁12s的下端朝向外侧伸出的周缘凸缘12f。周缘凸缘12f与水套11的上表面重叠，并与水套11的周缘部螺栓紧固连结。

下壳体13由金属制的板材一体地形成。下壳体13具有与水套11的下表面螺栓紧固连结的周缘凸缘13f(参照图7。)、以及从周缘凸缘13f向下方鼓出的鼓出部13a。鼓出部13a将安装于水套11的下表面侧的未图示的电抗器等收纳部件的外侧覆盖。

图4是示出两个供电连接模块14安装于马达块3a的上部的状态的图。图5是供电连接模块14的主视图，图6是供电连接模块14的分解立体图。另外，图7是沿着图3的VII-VII线的剖视图，图8是沿着图7的VIII-VIII线的剖视图。需要说明的是，两个供电连接模块14以大致相同的方式连接于功率控制单元4的内部。另外，与各供电连接模块14对应的功率控制单元4内的连接部的结构也是相同的。

如图7、图8所示，在保持功率模块10的模块保持构件17设置有与各供电连接模块14连接的内部供电通路20。与各供电连接模块14对应地各设置有三个内部供电通路20。另外，在马达单元3的马达块3a侧也同样地与各供电连接模块14对应地各设置有三个未图示的外部供电通路。

如图4、图5所示，供电连接模块14具备与功率模块10侧的内部供电通路20连接的三个模块侧母线21、与马达单元3侧的外部供电通路连接的三个马达侧母线22、将对应的相的模块侧母线21与马达侧母线22连接的三个编织电线23、以及保持三个马达侧母线22的绝缘树脂制的母线外壳24(导体外壳)。

模块侧母线21和马达侧母线22由具有规定厚度的导电性的金属板形成。

编织电线23例如编入多根铜线而构成。编织电线23能够容易地使模块侧母线21和马达侧母线22向各种方向变形，并且能够效率良好地将伴随通电而发出的热量向外部放出。

在本实施方式中，模块侧母线21、编织电线23、马达侧母线22这三者构成了将功率模块10侧的内部供电通路20与马达单元3侧的外部供电通路连接的连接导体。

如图5、图6所示，母线外壳24具有与马达块3a的上表面(参照图4。)重叠并螺栓紧固连结的板状的基壁24b、从基壁24b向下方突出的下方突出部241、以及从基壁24b向上方突出的上方突出部24u(突出部)。在下方突出部241、基壁24b、以及上方突出部24u以相互分离的状态保持有三个马达侧母线22。三个马达侧母线22以长边方向朝向上下方向、并且各自横向排列地整齐排列成一列的方式保持于母线外壳24。另外，各马达侧母线22的下端部从下方突出部241的靠下端的侧面向外部露出。在马达侧母线22的下端部设置有与马达单元3内的外部供电通路螺栓紧固连结的连接固定部22a。在本实施方式中，连接固定部由螺栓插通孔22a-1和焊接螺母22a-2构成。

在母线外壳24的上方突出部24u的基部侧的外周面形成有上下宽度比深度方向的尺寸大的环状的保持槽25。在保持槽25装配有截面为在上下较长的大致椭圆形状的密封环26(密封构件)。密封环26如后述那样将母线外壳24与水套11之间密闭。另外，在基壁24b的下表面形成有环状槽27，在该环状槽27装配有将基壁24b的下表面与马达块3a的上表面之间密闭的密封环28。

在母线外壳24的上方突出部24u的上端侧突出设置有分别独立地将三个马达侧母线22的上端侧的周围覆盖的三个筒状部29。在三个筒状部29能够拆装地安装有由绝缘性的树脂材料构成的一体的绝缘罩构件30。需要说明的是，绝缘罩构件30与模块侧母线21、马达侧母线22、编织电线23、母线外壳24等一起构成了供电连接模块14。

绝缘罩构件30具备从上方侧与母线外壳24的三个筒状部29嵌合的下部块30a、以及从下部块30a的上部向上方突出的三个筒部30b。在下部块30a和各筒部30b形成有在上下方向上贯通的连续的插通孔31。配置于下部块30a内的各插通孔31的下端与母线外壳24的各筒状部29嵌合。在各筒部30b以插通状态配置有对应的相的编织电线23、以及模块侧母线21的下部侧的一部分。

如图7所示，当在母线外壳24的上部组装绝缘罩构件30时，各相的马达侧母线22的上部与编织电线23之间的连接部的周围被母线外壳24的各筒状部29直接覆盖。另外，此时各相的编织电线23与模块侧母线21的下部之间的连接部的周围被绝缘罩构件30的对应的插通孔31的周壁直接覆盖。因此，编织电线23的下部侧隔着母线外壳24的筒状部29而被绝缘罩构件30覆盖，编织电线23的上部侧被绝缘罩构件30直接覆盖。如图7所示，绝缘罩构件30和各筒状部29以具有间隙d的方式将编织电线23、模块侧母线21的周围包围。

需要说明的是，在本实施方式中，绝缘罩构件30的各筒部30b的壁构成了将相邻的编织电线23之间分隔的分隔壁。

组装于母线外壳24的绝缘罩构件30的各筒部30b的上端部至少延伸到与模块侧母线21的一部分对置的位置。因此，绝缘罩构件30能够通过各筒部30b来可靠地限制与编织电线23的变形相伴的模块侧母线21的倾倒。

但是，绝缘罩构件30即使是没有到达与模块侧母线21对置的位置的高度，只要是将编织电线23的周围包围的结构，便能够某种程度限制模块侧母线21的倾倒。

另外，如图6等所示，在绝缘罩构件30的下部块30a的下缘的壁通过切口而形成有能够发生挠曲变形的舌片32。在舌片32形成有在板厚方向上贯通的卡止孔33。与此相对，在母线外壳24的筒状部29的外表面设置有能够嵌入卡止孔33的突起34。突起34在绝缘罩构件30与母线外壳24的筒状部29嵌合时，使舌片32挠曲而嵌入卡止孔33。由此，防止绝缘罩构件30相对于母线外壳24脱出。

另外，如图5、图8所示，本实施方式的绝缘罩构件30的相邻的筒部30b和下部块30a的上表面形成朝向上方侧开口的凹部35。

该凹部35将相邻的模块侧母线21的围绕部分离，并且在供电连接模块14组装于功率控制单元4时，供突出设置于模块保持构件17的位移限制部36插入。位移限制部36通过插入绝缘罩构件30的凹部35，而限制绝缘罩构件30的位移。

图9是从上方观察水套11而得到的图。

水套11形成为俯视呈大致长方形形状，在靠长边方向的一端的前表面配置有冷却水的导入口11i，在靠长边方向的另一端的侧面配置有冷却水的排出口11o。在水套11的内部形成有以从导入口11i朝向排出口11o的方式流动的冷却通路11a。在水套11的一侧部的接近冷却通路11a的位置形成有将水套11从上方向下方贯通的一对贯通孔38。各贯通孔38形成为沿着水套11的长边方向的长孔状。

另外，如图7所示，在水套11的各贯通孔38的下侧的缘部突出设置有朝向下方突出的筒状壁39。筒状壁39的内周面与贯通孔38连续。供电连接模块14的一部分从下方插入筒状壁39和贯通孔38。具体而言，在筒状壁39和贯通孔38插入有母线外壳24的比基壁24b靠上方侧的部分、组装于母线外壳24的绝缘罩构件30、以及被它们保持的三相的连接导体(模块侧母线21、编织电线23、马达侧母线22)的上部区域。此时，安装于母线外壳24的上方突出部24u的密封环26发生弹性变形，并且紧贴于筒状壁39的内周面。密封环26与筒状壁39的内周面和上方突出部24u的保持槽25的内壁抵接，并将它们之间密闭。其结果是，水套11的贯通孔38的下方侧的周围被密封环26封闭。密封环26通过筒状壁39而向水套11的主体部侧进行热传递。因此，从三相的连接导体传递到密封环26的热量向水套11放出。

需要说明的是，母线外壳24的基壁24b通过螺栓紧固连结等而固定于水套11的下表面。另外，在贯通孔38的内侧部分配置有各相的编织电线23。

如上所述，在将供电连接模块14的一部分插入筒状壁39和贯通孔38时，由编织电线23的挠曲引起的模块侧母线21的倾倒被绝缘罩构件30限制。另外，如上所述，当供电连接模块14组装于水套11时，供电连接模块14的模块侧母线21的上端的连接固定部21a配置于与模块保持构件17的对应的内部供电通路20对置的位置。如图7所示，各模块侧母线21的连接固定部21a通过由螺栓40进行的紧固连结而与对应的内部供电通路20连接。由该螺栓40(紧固连结构件)进行的连接固定部21a的紧固连结由操作工具通过没置于上壳体12的开口部41来进行。开口部41配置于上壳体12中的与模块侧母线21的连接固定部21a从侧部斜上方对置的位置。

图10是从后部的左斜上方观察配置于发动机室1内的功率控制单元4而得到的图。

如图10所示，在被上壳体12的上壁12u和侧壁12s(朝向车宽方向外侧的侧壁)夹着、并具有大致直角的截面形状的上壳体12的侧边12a以将侧边12a的角部切除的方式形成有两个凹部42。凹部42的底壁由从上壁12u的中央侧朝向侧壁12s方向向下方倾斜的倾斜壁43构成。在连接固定部21a的紧固连结时等使用的上述的开口部41形成于该倾斜壁43。倾斜壁43形成于与连接固定部21a从侧部斜上方对置的位置。

开口部41形成为在与倾斜壁43正交的主视观察下能够视觉辨识作为紧固连结构件的螺栓40的头部、或连接固定部21a的形状及尺寸。另外，开口部41用于进行作为紧固连结构件的螺栓40的拆装操作，因此形成为能够供螺栓40、操作工具的前端部插入的尺寸。

另外，如图7所示，在上壳体12的开口部41的下方配置有水套11的贯通孔38，因此在螺栓40的拆装时需要避免螺栓40的从贯通孔38的脱落。在本实施方式中，以将贯通孔38与连接导体(模块侧母线21、编织电线23)之间的间隙填充的方式配置有绝缘罩构件30，因此能够防止螺栓40的从贯通孔38的脱落。

另外，如图7所示，设置于各倾斜壁43的开口部41通常时被盖构件44封闭。盖构件44通过紧固螺丝等能够拆装地安装于对应的倾斜壁43，在维护时等必要时从倾斜壁43取下。

另外，如图10，从上壳体12的上部引出有与上壳体12内的包含电容器的高压电路连接的高压线缆5。该高压线缆5配置于上壳体12的上壁12u上的绕过各倾斜壁43的位置。

如以上那样，本实施方式的功率控制单元的密封结构能够使由供电连接模块14内的连接导体发出的热量通过母线外壳24和密封环26向水套11传递。因此，能够效率良好地使连接导体的热量通过在水套11的内部流动的冷却水向外部放出。因此，在采用了本实施方式的密封结构的情况下，能够抑制母线外壳24、密封环26的由热量引起的耐久性的降低。

另外，在本实施方式的密封结构中，母线外壳24抱持三个连接导体，抱持三个连接导体的母线外壳24经由一个密封环26而与水套11相接。因此，在采用了本结构的情况下，能够通过较少的部件个数来改善密封结构的性能，并且也能够削减部件的组装工时。

另外，在本实施方式的密封结构中，在水套11的下表面突出设置有筒状壁39，在母线外壳24的上部突出设置有插入筒状壁39的内部的上方突出部24u。并且，在上方突出部24u的外周面与筒状壁39的内周面之间配置有密封环26。因此，传递供电连接模块14内的热量的密封环26以上方突出部24u与筒状壁39之间的宽广的面积进行接触。因此，在采用了本结构的情况下，能够更有利地防止垃圾、尘埃向功率控制单元4的内部的进入，并且能够使通过密封环26的从母线外壳24向水套11的热传递良好。

另外，在本实施方式的供电连接模块14中，模块侧母线21与马达侧母线22被编织电线23连接而构成了连接导体。因此，能够通过编织电线23来抑制供电连接模块14的连接部的误差的吸收、伴随车辆振动的应力的产生。并且，在本实施方式中，在通电时易于发热的编织电线23的至少一部分配置于水套11的贯通孔38的内侧。因此，能够效率良好地将在编织电线23部分产生的高热量通过贯通孔38的内壁向水套11放出。

图11是另一实施方式的与上述实施方式的图7相同的剖视图。需要说明的是，在图11中，对与上述的实施方式共用的部分标注相同的附图标记。另外，图11中的附图标记104是功率控制单元，附图标记114是供电连接模块。

本实施方式的密封结构的基本结构与上述实施方式相同，但在水套的下表面没有设置筒状壁，而在母线外壳24的基壁24b的上表面与水套111的下表面之间夹装有密封环51(密封构件)。密封环51保持于在基壁24b的上表面形成的环状槽50内。

在本实施方式的密封结构中，在将母线外壳24通过螺栓紧固连结等而组装于水套111时，能够以较大的力压缩密封环51。因此，是比较简单的结构，并且能够更有利地防止垃圾、尘埃向功率控制单元104的内部的进入。

需要说明的是，本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够进行各种设计变更。

Claims (5)

1.一种功率控制单元的密封结构，所述功率控制单元具备：

功率模块；

水套，在所述水套的一侧面侧配置所述功率模块，并通过在所述水套的内部流动的冷却水来冷却所述功率模块；以及

供电连接模块，其安装于所述水套的另一侧面侧，并将所述功率模块的内部供电通路与马达单元的外部供电通路连接，

所述功率控制单元的密封结构的特征在于，

所述水套具有从该水套的一侧面朝向所述水套的另一侧面贯通的贯通孔，

所述供电连接模块具有：

连接导体，其将所述贯通孔贯通并将所述内部供电通路与所述外部供电通路连接；以及

导体外壳，其抱持所述连接导体的外部供电通路侧的至少一部分的周围，

在所述水套与所述导体外壳之间夹装有将所述贯通孔的周围密闭的密封构件。

2.根据权利要求1所述的功率控制单元的密封结构，其特征在于，

所述连接导体与三相交流的各相对应设置有三个，

三个所述连接导体被共用的所述导体外壳抱持。

3.根据权利要求1所述的功率控制单元的密封结构，其特征在于，

在所述水套的所述另一侧面侧突出设置有与所述贯通孔连通的筒状壁，

在所述导体外壳设置有插入所述筒状壁的内部的突出部，

所述密封构件配置于所述突出部的外周面与所述筒状壁的内周面之间。

4.根据权利要求1所述的功率控制单元的密封结构，其特征在于，

所述导体外壳具有与所述水套的所述另一侧面抵接的基壁，

所述密封构件配置于所述水套的所述另一侧面中的所述贯通孔的周缘部与所述基壁之间。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的功率控制单元的密封结构，其特征在于，

所述连接导体具有：

模块侧母线，其与所述内部供电通路连接；

马达侧母线，其与所述外部供电通路连接；以及

编织电线，其将所述模块侧母线与所述马达侧母线连接，

所述编织电线的至少一部分位于所述贯通孔内。

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