JP2009211827A - 電子ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗素子の冷却効果に優れた電子ユニットを提供する。
【解決手段】ケース１８と、前記ケース内に収容された電子部品１１，１２，１６と、前記電子部品に電気的に接続された抵抗素子１３と、前記電子部品の入力端子または出力端子の少なくともいずれか一方に電気的に接続され、前記ケース外に設けられたコネクタ１４，１５と、を備えた電子ユニット１において、前記抵抗素子１３をコネクタ１４内に収容する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、インバータなどの電子ユニットに関するものである。

直流電源を交流電源に変換するインバータには、イグニッションスイッチをオフしたときに平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電するための放電抵抗が設けられている（特許文献１）。

特開平８−３３１０３号公報

ところで、放電抵抗は平滑用コンデンサに蓄積された電荷を放電する際に発熱をともなうので冷却する必要がある。しかしながら、インバータ筐体に設けられた冷却器を利用して放電抵抗を冷却しようとしても、インバータ筐体内は狭小であるため、冷却効果が充分発揮できる適切な位置に設けることは困難であった。

本発明が解決しようとする課題は、抵抗素子の冷却効果に優れた電子ユニットを提供することである。

本発明は、抵抗素子をコネクタ内に収容することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、抵抗素子をコネクタ内に収容したので、抵抗素子で生じた熱はコネクタを介して放熱し、これにより抵抗素子の冷却効果が向上する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子ユニット１を用いたモータ駆動システムを示す電気回路図である。同図に示すモータ駆動システムは、たとえば電気自動車などの各種車両に適用することができ、組電池などから構成される直流電源１と、直流電源１から供給される直流電流を交流電流に変換するインバータからなる電子ユニット１と、三相交流モータ３とを備える。以下、このようなモータ駆動システムに適用される電子ユニット１について説明する。

本実施形態の電子ユニット１は、直流電源１からの直流電流を交流電流に変換し、これを三相交流モータ２に供給するもので、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）１１１及び整流素子であるダイオード１１２の対（本例では６対）で構成される電力変換回路１１と、平滑用コンデンサ１２と、放電抵抗１３と、モータ駆動制御回路１６とを備える。

平滑用コンデンサ１２は、電力変換回路１１に並列に接続されて、直流電源３の変動やリップル成分を抑え、安定な直流電源を電力変換回路１１に供給する。

放電抵抗１３は、直列に接続された抵抗素子１３１と回路入切スイッチ１３２とを備え、これらが電力変換回路１１に並列に接続されている。この放電抵抗１３は、平滑用コンデンサ１２とで構成される放電経路を用いて、平滑用コンデンサ１２に蓄積された電荷を放電する。

モータ駆動制御回路１６は、電力変換回路１１のＩＧＢＴ１１１のゲートに駆動信号を出力するとともに放電抵抗１３の回路入力スイッチ１３２を開閉する駆動信号を出力する。

電子ユニット１は、直流電源３のコネクタ３１に接続される入力コネクタ１４と、三相交流モータ２のコネクタ２１に接続される出力コネクタ１５とを備える。直流電源３のコネクタ３１は直流電源の出力端子３１１を有し、電子ユニット１の入力コネクタ１４は入力端子１４１を有する。そして、コネクタ３１と入力コネクタ１４とを接続すると、直流電源３の出力端子３１１と電子ユニット１の入力端子１４１とが電気的に接続されることになる。

また、三相交流モータ２のコネクタ２１はモータの入力端子２１１を有し、電子ユニット１の出力コネクタ１５は出力端子１５１を有する。そして、コネクタ２１と出力コネクタ１５とを接続すると、モータ２の入力端子２１１と電子ユニット１の出力端子１５１とが電気的に接続されることになる。

なお、本例の電子ユニット１は電力変換回路１１等を備えるものに限定する趣旨ではなく、発熱をともなう電気素子を有する電子機器がケース内に収納されたものであれば適用することができる。また、本例の電子ユニット１は、モータ駆動システムに適用するものに限定する趣旨ではなく、モータ駆動システム以外の各種システムに適用することができる。

図２Ａは、本実施形態に係る電子ユニット１の外観を示す斜視図、図３は図２のIII-III線に沿う断面図、図４は図３のIV部を示す拡大断面図である。

本例の電子ユニット１は、ケース１８と冷却器（ヒートシンク）１９とを備えている。ケース１８は、筒状のケース本体１８１と、上部開口を閉塞する蓋１８２を有し、ケース本体１８１の下部開口には、当該下部開口を閉塞するように冷却器１９が取り付けられている。

図４に示すように、ケース本体１８１および蓋１８２は、電磁波を遮蔽する材料、たとえばアルミニウムや銅からなる電磁波シールド層１８１ａと、この電磁波シールド層１８１ａのケース外側に設けられた樹脂層１８１ｂを有する二層構造の筐体で構成されている。同図にはケース本体１８１の断面構造を示すが、蓋１８２の断面構造も同図のように構成されている。なお、電磁波シールド層１８１ａのケース内側に樹脂層を設け、三層構造の筐体で構成することもできる。

この電磁波シールド層１８１ａは、電力変換回路１１から発生する電磁波がケース１８の外部の各種装置に悪影響を与えるのを防止したり、逆に外部装置から発生した電磁波が電力変換回路１１に悪影響を与えたりするのを防止するために、電力変換回路１１を囲んだかたちで構成されている。一方、ケース１８の全部をアルミニウムや銅などの電磁波シールド材料で構成することもできるが、ケース１８の軽量化及びコストダウンを図るために電磁波シールド層１８１ａの片面または両面に樹脂層１８１ｂが設けられている。

ケース本体１８１の下部開口に取り付けられる冷却器１９は、電力変換回路１１を冷却するためのヒートシンクであり、アルミニウムや銅などの電磁波シールド材料で構成されている。そして、図４に示すようにケース本体１８１にボルトなどの締結手段により固定される。

一方、蓋１８２は、ケース１８内に収納した電力変換回路１１、平滑用コンデンサ１２およびモータ駆動制御回路１６などの部品を保護するための蓋であり、保守点検作業のために図２に示すようにボルトなどの締結手段によって開閉可能に装着されている。

これらケース本体１８１、蓋１８２及び冷却器１９を構成する電磁波シールド材料により電力変換回路１１を包み込むことで、電力変換回路１１とケース１８の外部との電磁波が遮断されることになる。

一方、図３に示すように、入力コネクタ１４および出力コネクタ１５は、ケース本体１８１の対向する面のそれぞれに装着される。そして、入力コネクタ１４には直流電源３のコネクタ３１（図１参照）が接続され、出力コネクタ１５には交流モータ２のコネクタ３１が接続される。このため、ケース本体１８１にはコネクタ１４，１５を取り付けるための貫通孔１８１１が形成されている。図２には入力コネクタ１４を取り付けるための貫通孔１８１１のみを示す。

本例の入力コネクタ１４は、直流電源３の２つの出力端子に接続される端子１４１を有するインナハウジング１４２と、このインナハウジング１４２のほぼ全体を被覆するアウタハウジング１４３とを有する。アウタハウジング１４３は、図４に拡大して示すように、ケース本体１８１の電磁波シールド層１８１ａに接触した状態でボルト締めすることにより取り付けられる。

インナハウジング１４２は端子１４１を電気的に絶縁するためにプラスチックスなどの電気絶縁材料からなり、アウタハウジング１４３はケース本体１８１の貫通孔１８１１において欠如した電磁波シールド層を補うためにアルミニウムや銅などの電磁波シールド材料から構成されている。特にインナハウジング１４２は電気絶縁性材材料であって断熱性に富んだ材料であることが望ましく、またアウタハウジング１４３は電磁波シールド材料であって伝熱性（放熱性）に富んだ材料であることが望ましい。

なお、出力コネクタ１５は、電気絶縁材料からなるインナハウジングと電磁波遮蔽材料からなるアウタハウジングとを有し、端子が三相であること以外は上述した入力コネクタ１４と同様の構成である。

本例では、電力変換回路１１、平滑用コンデンサ１２、モータ駆動制御回路１６を実装した基板およびこれらの電気回路を接続するバスバー１７をケース１８内に収容する一方で、放電抵抗１３を入力コネクタ１４または出力コネクタ１５に収容する。以下の実施形態では放電抵抗１３を入力コネクタ１４に収容した例を説明するが、同様の構成で出力コネクタ１５に放電抵抗１３を収容することができる。

なお、放電抵抗１３が本発明の抵抗素子に相当し、インナハウジング１４２が本発明の断熱材料製ハウジングに相当し、アウタハウジング１４３が本発明の伝熱材料製ハウジングに相当する。

以上が、以下に説明する実施形態に共通の構成であり、以降は各実施形態の構成及び作用効果について説明する。

《第１実施形態》
図２Ｂは、第１実施形態に係る入力コネクタ１４と放電抵抗１３を示す斜視図であって図２ＡのIIB矢視図、図３は第１実施形態に係る電子ユニット１を示す断面図である。

本例の放電抵抗１３は、図２Ａに示すように抵抗素子１３１を絶縁材料で包囲して略直方体に形成したもので、対向する両端面から放電抵抗の端子１３３が露出している。

一方、ケース本体１８内のバスバー１７の端子１７１と、入力コネクタ１４の端子１４１とは、図２Ｂおよび図３に示すように、先端が折り曲げられた端子１７１を入力コネクタ１４の端子１４１の下端にボルト１４４で接続する。このボルト１４４による接続の際に、ボルト１４４と端子１７１との間または端子１７１と端子１４１との間に放電抵抗１３の端子１３３を挟み込んで電気的に接続するとともに入力コネクタ１４内に固定する。

入力コネクタ１４を電子ユニット１に装着するには、入力コネクタ１４に放電抵抗１３とバスバー１７の端子１７１を先に組み付けておき、端子１７１を貫通孔１８１１に貫通させながら入力コネクタ１４をケース１８に固定し、最後に端子１７１をバスバー１７に電気的に接続する。

図３の断面図に示すように、直流電源３のコネクタ３１を入力コネクタ１４に差し込むためには、ケース１８と入力コネクタ１４の端子１４１との距離Ｗが必要となるが、これにより入力コネクタ１４の内部における端子１７１の下部または上部には空間が形成されることになる。本例ではこの空間を有効に利用すべく、放電抵抗１３をここに収容している。

これにより、ケース１８内に放電抵抗１３を配置するスペースが不要となってケース１８をそのぶん小型化することができる。

また、放電抵抗１３を電力変換回路１１から離れた入力コネクタ１４に収容することで、放電抵抗１３からの熱が電力変換回路１１に悪影響を及ぼすことも防止できる。

《第２実施形態》
図５は第２実施形態に係る入力コネクタ１４と放電抵抗１３を示す分解斜視図、図６は同実施形態に係るインナハウジング１４２Ａ，１４２Ｂの要部を示す一部を破断した分解斜視図、図７は図５のVII-VII線に沿う断面図である。

本例では、入力コネクタ１４内に放電抵抗１３を収容するにあたり、放電抵抗１３をアウタハウジング１４３に接触させ、放電抵抗１３からの熱をアウタハウジング１４３およびケース本体１８１の電磁波シールド層１８１ａを介して冷却器１９に放熱させるように構成している。

すなわち、図５および図７に示すように、アウタハウジング１４３の底面に放電抵抗１３が収納できる大きさの凹部１４３１を形成し、凹部１４３１の底面と放電抵抗１３の一つの面（以下、接触面１３５ともいう）とを接触させるように放電抵抗１３をこの凹部１４３１に収納する。この凹部１４３１に収納した状態では、放電抵抗１３の上面はインナハウジング１４２により被覆されることになる。この放電抵抗１３の上面を被覆するインナハウジングの部位を被覆部１４２２と称する。

なお、放電抵抗１３を凹部１４３１に収納する際に、略直方体の放電抵抗１３の底面だけでなく、上面以外の５つの面の少なくともいずれかの面をアウタハウジング１４３の凹部１４３１に接触させることもできる。この場合、放電抵抗１３接触面１３５は複数存在することになる。

一方、本例の放電抵抗１３は、図５に示すように抵抗素子１３１を絶縁材料で包囲して略直方体に形成したもので、対向する両端面から放電抵抗１３を凹部１４３１に固定するための固定片１３４が形成され、また上面から放電抵抗１３の端子１３３がリード線を介して引き出されている。なお、凹部１４３１に収納した放電抵抗１３の端子１３３は、インナハウジング１４２Ｂに形成された孔１４２１を通して上部へ引き出される。

ここで、放電抵抗１３をアウタハウジング１４３の凹部１４３１に収納し、放電抵抗１３の上面をインナハウジング１４２の被覆部１４２２で被覆するが、本例では、入力コネクタ１４の組立作業性を向上させるために、インナハウジング１４２を二分割している。すなわち、直流電源３のコネクタ３１が接続される側のインナハウジング１４２Ａと、電子ユニット１のバスバー１７の端子１７１が接続される側のインナハウジング１４２Ｂとに二分割し、コネクタ１４の端子１４１はインナハウジング１４２Ａに固定する。

そして、図５に示すように、放電抵抗１３をアウタハウジング１４３の凹部１４３１に収納し、ボルト１４５により凹部１４３１に固定したのち、一方のインナハウジング１４２Ａをアウタハウジング１４３の上部開口から挿入するとともに、他方のインナハウジング１４２Ｂをアウタハウジング１４３の側部開口から挿入する。

このとき、図６に示すように、一方のインナハウジング１４２Ａに固定された端子１４１の下端を、他方のインナハウジング１４２Ｂに開設された孔１４２３に挿入し、また、放電抵抗１３の端子１３３をインナハウジング１４２Ｂの孔１４２１から引き出す。最後に、ボルト１４４により放電抵抗１３の端子１３３と、バスバー１７の端子１７１と入力コネクタ１４の端子１４１とを共締めする。

これにより、図７に示すように、放電抵抗１３の底面が接触面１３５となってアウタハウジング１４３に接触するとともに、当該放電抵抗１３の上面がインナハウジング１４２Ｂの被覆部１４２２で覆われることになる。

アウタハウジング１４３は、図４を参照して説明したとおり、ケース本体１８１の電磁波シールド層１８１ａに接触し、当該電磁波シールド層１８１ａは冷却器１９に接触している。したがって、放電抵抗１３で発生した熱は、アウタハウジング１４３の外表面からケース１８の周囲に放熱すると同時に、アウタハウジング１４３からケース本体１８１の電磁波シールド層１８１ａを介して冷却器１９に放熱する。

以上のように、本例の電子ユニット１によれば、放電抵抗１３を入力コネクタ１４に収容したので、ケース１８内に放電抵抗１３を配置するスペースが不要となり、ケース１８をそのぶん小型化することができる。

また、放電抵抗１３を伝熱性に富んだアウタハウジング１４３に接触させることで、放電抵抗１３で生じた熱をケース外または冷却器１９へ効率的に放熱させることができる。

さらに、放電抵抗１３の上面を断熱性に富んだ被覆部１４２２で覆うことにより、放電抵抗１３からの熱の多くをケース外または冷却器１９へ放熱させることができる。これにより、放電抵抗１３からの熱が電力変換回路１１に悪影響を及ぼすことを防止できる。

なお、上記第２実施形態において、必要に応じてインナハウジング１４２の被覆部１４２２を省略し、被覆部１４２２に代えて開口部とすることもできる。

《第３実施形態》
図８は、第３実施形態に係るインナハウジング１４２Ｂを示す一部を破断した斜視図、図９は図８のIX-IX線に沿う断面図である。

図８に示す本例のインナハウジング１４２Ｂは、上述した第２実施形態におけるインナハウジング１４２Ｂに相当するものであり、その他の構成については第２実施形態と同じである。すなわち本例では、入力コネクタ１４のアウタハウジング１４３に形成した凹部１４３１に放電抵抗１３を収納し、底面の接触面１３５を凹部１４３１に接触させる。また、放電抵抗１３の上面をインナハウジング１４２Ｂの被覆部１４２２で被覆する。

このとき、インナハウジング１４２Ｂの被覆部１４２２の一部に、下向きに凸状となる押圧部１４２４を形成し、図９に示すように凹部１４３１に収納された放電抵抗１３を凹部１４３１の底面方向に押圧する。

押圧部１４２４は、プラスチックス製インナハウジング１４２Ｂであれば材料による弾性を有するので、図示するように被覆部１４２２の一部を下側に切り欠くように成形すれば容易に形成することができる。なお、押圧部１４２４は一つまたは複数設けることができる。

本例によれば、押圧部１４２４により放電抵抗１３とアウタハウジング１４３（凹部１４３１）との接触がより緊密になるので、上述した第２実施形態の効果に加え、放電抵抗１３の冷却効果がより高くなる。

また、押圧部１４２４により放電抵抗１３がアウタハウジング１４３の凹部１４３１に押し付けられて固定されるので、上述した第２実施形態で用いた、放電抵抗１３をアウタハウジング１４３に固定するためのボルト１４５が不要となる。

《第４実施形態》
図１０は第４実施形態に係るコネクタ１４および放電抵抗１３を示す一部を破断した斜視図、図１１は図１０のXI-XI線に沿う断面図である。

図１０に示す本例のインナハウジング１４２Ｂは、上述した第２実施形態および第３実施形態におけるインナハウジング１４２Ｂに相当するものであり、その他の構成については第２実施形態と同じである。

ただし本例では、入力コネクタ１４のアウタハウジング１４３に凹部１４３１に代えて段部１４３２を形成し、この段部１４３２に放電抵抗１３を収納している。すなわち、放電抵抗１３は２つの接触面１３５（底面と一つの側面）でアウタハウジング１４３の段部と接触する。またこれにともない、放電抵抗１３の上面および一つの側面（接触面１３５の対面）をインナハウジング１４２Ｂの２つの被覆部１４２２でそれぞれ被覆している。

このとき、インナハウジング１４２Ｂの被覆部１４２２のそれぞれの一部に、下向きに凸状となる押圧部１４２４，１４２５を形成し、図１１に示すように段部１４３２に収納された放電抵抗１３を段部１４３２の底面方向および側面方法にそれぞれ押圧する。

押圧部１４２４，１４２５はいずれも、プラスチックス製インナハウジング１４２Ｂであれば材料による弾性を有するので、図示するように被覆部１４２２の一部を切り欠くように成形すれば容易に形成することができる。なお、押圧部１４２４，１４２５は一つまたは複数設けることができる。

本例によれば、放電抵抗１３を２つの接触面１３５でアウタハウジング１４３の段部１４３２に接触するので、上述した第３実施形態の効果に加え、放電抵抗１３の冷却効果がより高くなる。

《第５実施形態》
図１２は、第５実施形態に係るインナハウジング１４２Ｂおよび放電抵抗１３を示す一部を破断した分解斜視図であり、インナハウジング１４２Ｂを図１０とは上下反対にした図である。

図１２に示す本例のインナハウジング１４２Ｂは、上述した第２実施形態〜第４実施形態におけるインナハウジング１４２Ｂに相当するものであり、その他の構成については第４実施形態と同じである。

ただし、本例では、インナハウジング１４２Ｂに、放電抵抗１３の左右側面（図示するＸＹＺ軸でいうとＸ軸方向に垂直な側面）を挟持する一対の挟持部１４２６を形成している。そして、段部１４３２に収納した放電抵抗１３の左右側面をこの一対の挟持部１４２６にて挟持する。

本例によれば、上述した第４実施形態の効果に加えて、アウタハウジング１４３に対して放電抵抗１３を精度良く位置させることができる。

本発明の実施形態に係る電子ユニットを含むモータ駆動システムを示す電気回路図である。 本発明の実施形態に係る電子ユニットの外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る入力コネクタと放電抵抗を示す斜視図である。 図２のIII-III線に沿う断面図である。 図３のIV部を示す拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係る入力コネクタと放電抵抗を示す分解斜視図である。 図５の実施形態に係るインナハウジングの要部を示す一部を破断した斜視図である。 図５のVII-VII線に沿う断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るインナハウジングを示す一部を破断した斜視図である。 図８のIX-IX線に沿う断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るコネクタおよび放電抵抗を示す一部を破断した斜視図である。 図１０のXI-XI線に沿う断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るインナハウジングおよび放電抵抗を示す一部を破断した分解斜視図である。

符号の説明

１…電子ユニット
１１…電力変換回路
１２…平滑用コンデンサ
１３…放電抵抗
１３１…抵抗素子
１３２…入切スイッチ
１３３…端子
１３５…接触面
１４…入力コネクタ
１４１…端子
１４２…インナハウジング
１４２２…被覆部
１４２４，１４２５…押圧部
１４２６…挟持部
１４３…アウタハウジング
１４３１…凹部
１４３２…段部
１５…出力コネクタ
１６…モータ駆動制御回路
１７…バスバー
１７１…端子
１８…ケース
１８１…ケース本体
１８２…蓋
１９…冷却器

Claims (10)

1. ケースと、
   前記ケース内に収容された電子部品と、
   前記電子部品に電気的に接続された抵抗素子と、
   前記電子部品の入力端子または出力端子の少なくともいずれか一方に電気的に接続され、前記ケース外に設けられたコネクタと、を備えた電子ユニットにおいて、
   前記抵抗素子を前記コネクタ内に収容したことを特徴とする電子ユニット。
2. 請求項１に記載の電子ユニットにおいて、
   前記抵抗素子の端子を前記コネクタの端子に電気的に接続したことを特徴とする電子ユニット。
3. 請求項１または２に記載の電子ユニットにおいて、
   前記コネクタは伝熱材料製ハウジングを有し、前記抵抗素子は前記伝熱材料製ハウジングに接触する接触面を有することを特徴とする電子ユニット。
4. 請求項３に記載の電子ユニットにおいて、
   前記伝熱材料製ハウジングは前記コネクタの外側ハウジングであることを特徴とする電子ユニット。
5. 請求項３または４に記載の電子ユニットにおいて、
   前記コネクタは断熱材料製ハウジングを有し、当該断熱材料製ハウジングは前記抵抗素子の前記接触面以外の面の少なくとも一部を覆う被覆部を有することを特徴とする電子ユニット。
6. 請求項３〜５のいずれか一項に記載の電子ユニットにおいて、
   前記コネクタは断熱材料製ハウジングを有し、当該断熱材料製ハウジングは前記抵抗素子の前記接触面を前記伝熱材料製ハウジングに押し付ける押圧部を有することを特徴とする電子ユニット。
7. 請求項３〜６のいずれか一項に記載の電子ユニットにおいて、
   前記抵抗素子は２つ以上の接触面を有することを特徴とする電子ユニット。
8. 請求項７に記載の電子ユニットにおいて、
   前記断熱材料製ハウジングは、前記抵抗素子の前記２つ以上の接触面を前記伝熱材料製ハウジングにそれぞれ押し付ける押圧部を有することを特徴とする電子ユニット。
9. 請求項３〜８のいずれか一項に記載の電子ユニットにおいて、
   前記断熱材料製ハウジングは、前記抵抗素子の前記接触面以外の対向する面を挟持する挟持部を有することを特徴とする電子ユニット。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の電子ユニットにおいて、
    前記電子部品に電気的に接続されたコンデンサをさらに備え、
    前記抵抗素子は、前記コンデンサに蓄積された電荷を放電する放電抵抗であることを特徴とする電子ユニット。

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