JP2011258754A - 回路素子モジュールおよび電力変換装置 - Google Patents

回路素子モジュールおよび電力変換装置 Download PDF

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高久 金子
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Abstract

【課題】被装着体への装着位置が変わる場合であっても、コストを低く抑え、ケースを通じて被装着体への振動伝達を低く抑えられる回路素子モジュールおよび電力変換装置を提供する。
【解決手段】回路素子モジュール10は、コンデンサ12g(回路素子)と、バスバー12a,12h(通電部材)と、少なくともコンデンサ12gおよびバスバー12a,12hを収容する収容体12とを備える。さらに、収容体12と嵌合する際に少なくとも一部が弾性変形可能な部位を備えるブラケット14と、収容体12とブラケット14との間および収容体12と収容体12を装着する被装着体との間のうちで一方または双方に介在させるゴム板11,13(高い損失係数を備えた弾性体)とを有する。注型治具等が不要になるのでコストが低く抑えられ、ゴム板11,13が介在するので振動伝達が低く抑えられる。
【選択図】図1

Description

本発明は、少なくとも回路素子および導電部材をケースに収容する回路素子モジュールと、その回路素子モジュールを備える電力変換装置とに関する。
従来では、寸法位置精度を向上させたケースモールド型コンデンサ及びその製造方法に関する技術の一例が開示されている(例えば特許文献1を参照)。この技術によれば、ケースの周縁に被装着体への取り付け部を略対角位置に設け、バスバーの端子部に設けた接続孔が所定の位置に位置決めされるバスバー位置決め手段を設ける構成としている。よって熱硬化型モールド樹脂の硬化に伴う収縮が発生しても、バスバー位置決め手段によってバスバーとコンデンサ素子は移動しないので、寸法位置精度が向上し得る。
特開2006−216756号公報
しかし、特許文献1に記載の技術によれば、注型治具等を用いてエポキシ樹脂を注入して硬化させることで形成されるので、被装着体への取り付け部や、端子(陽極端子,陰極端子)などの位置が固定される。もし被装着体の形状自体が変わる場合や、被装着体の形状は同じでも装着位置が変わる場合等では、新しい装着位置に合わせて注型治具等を作製しなければならないので、コスト高になる。さらには、注型治具等が作製されて初めてケースモールド型コンデンサを製造できるので、製造に至るまでに時間を要するという問題点があった。
コンデンサに通電すると、その周波数(例えば数KHz)によってはコンデンサ自体に振動が生じる場合がある。こうして生じた振動は、樹脂で形成されたケースを介して被装着体に伝達する。コンデンサ(ケース)の振動周波数が被装着体の固有振動数に近ければ、振動がより大きな騒音となって聞こえるという問題点があった。
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、被装着体への装着位置が変わる場合であっても、コストを低く抑え、ケースを通じて被装着体への振動伝達を低く抑えられる回路素子モジュールおよび電力変換装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた請求項1に記載の発明は、通電時に振動を生じ得る回路素子と、前記回路素子に備える端子と外部接続用の端子とを接続する導電部材と、少なくとも前記回路素子および前記導電部材を収容する収容体と、を備える回路素子モジュールにおいて、前記収容体の三面以上(このうちで少なくとも二面は対向する面)の外形形状に対応して形成され、前記収容体と嵌合する際に少なくとも一部が弾性変形可能な部位を備えるブラケットと、前記収容体と前記ブラケットとの間、前記収容体と前記収容体を装着する被装着体との間、のうちで一方または双方に介在させる高い損失係数を備えた弾性体と、を有することを特徴とする。
この構成によれば、ブラケットは少なくとも一部が弾性変形して収容体と嵌合するスナップフィット構造である。被装着体への装着位置が変わる場合にはブラケットの形状を変更するだけで済むので、従来のような注型治具等を作製する必要がなくなり、コストを低く抑え、回路素子モジュールの製造に至るまでの時間も短縮できる。また、収容体(収容体自体に限らず収容物を含む)とブラケットとの間や、収容体と被装着体との間には、高い損失係数を備えた弾性体が介在するので、通電によって回路素子自体に振動が発生したとしても当該振動を弾性体が吸収する。よって、回路素子で振動が発生しても被装着体には伝達されないので、騒音の発生を抑制することができる。
なお、「回路素子」は通電時に振動を生じ得る任意の回路素子を適用でき、例えばコンデンサ(キャパシタを含む)やコイル(リアクトルを含む)などが該当する。「弾性体」は振動伝達を抑制する高い損失係数を備えた弾性体を適用でき、理想弾性体を除く。収容体上面側に導電板(バスバー等)を配置する場合は、収容体と被装着体との間に介在させる弾性体が絶縁性を有するものが望ましい。「ブラケット」は収容体を被装着体に装着させ得る媒介部材であり、材質,材料,形状等を問わない。「被装着体」は回路素子モジュールを装着する任意の装置や部材等を適用でき、例えば基台や筐体等が該当する。
請求項2に記載の発明は、前記弾性体は、前記収容体に対して所定の圧縮荷重を維持して接触することを特徴とする。「所定の圧縮荷重」は任意に設定可能であり、例えば移動体(車両を含む)に加わる加速度と収容体の質量とを積算した値が該当する。この構成によれば、弾性体が接触する収容体に対して所定の圧縮荷重を維持するので、収容体と被装着体とが直接的に接触することはない。したがって、回路素子で振動が発生しても被装着体には伝達されないので、騒音の発生をより確実に抑制することができる。
請求項3に記載の発明は、前記弾性体には、板状に形成された樹脂、可撓性部材、繊維体のうちで一以上を用いることを特徴とする。「樹脂」にはゴム(スポンジ状のものを含む)や発泡プラスチック(発泡スチロールや軟質ポリウレタンフォーム等)などが該当する。「可撓性部材」にはエアバッグや風船等のように気体を封入したクッション部材が該当する。「繊維体」は弾性があり凝集された紐状素材の集合体であり、例えば金属繊維(スチールウール)、ガラス繊維(ガラスウール)、炭素繊維などが該当する。この構成によれば、簡単に高い損失係数と弾性が得られる部材を用いるので、コストを低減できる。
請求項4に記載の発明は、前記収容体および前記ブラケットのうちで、一方には嵌合部を備えるとともに、他方には被嵌合部を備え、前記嵌合部を前記被嵌合部に嵌め合わせて固定することを特徴とする。「嵌合部」には例えば凸状部位等が該当し、「被嵌合部」には例えば凹状部位や貫通穴等が該当する。この構成によれば、簡単な構造で収容体とブラケットとを素早く確実に固定することができる。
請求項5に記載の発明は、前記収容体と前記被装着体との間は締結部材を用いて締結する際、前記収容体と前記被装着体との間に介在する前記弾性体の圧縮方向と、前記締結部材による締結力の作用方向とがほぼ一致するように構成することを特徴とする。この構成によれば、弾性体の圧縮方向と締結力の作用方向とはほぼ一致するので、弾性体に対してほぼ均等な力が加わる。よって収容体と被装着体とが直接的に接触することがないので、回路素子で振動が発生被装着体には伝達されず、騒音の発生をより確実に抑制できる。
請求項6に記載の発明は、電力変換装置において、請求項1から5のいずれか一項に記載の回路素子モジュールと、前記回路素子モジュールを装着する前記被装着体と、を有することを特徴とする。この構成によれば、コストを低く抑え、騒音の発生を抑制できる電力変換装置を提供することができる。
回路素子モジュールの第1構成例を示す分解斜視図である。 回路素子モジュールの第1構成例を示す側面図である。 収容体の構成例を示す分解斜視図である。 収容体とブラケットとの嵌合過程を示す側面図である。 被装着体に対してボルトを用いて装着した状態を示す図である。 回路素子モジュールの第2構成例を示す側面図である。 回路素子モジュールの第3構成例を示す側面図である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的な接続を意味する。また、上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。
回路素子モジュール10の第1構成例について、図1および図2を参照しながら説明する。図1には分解斜視図を示し、図2には側面図を示す。なお、図1では被装着体の図示を省略している。
回路素子モジュール10は、ゴム板11,13、収容体12、ブラケット14などを有する。ゴム板11,13はそれぞれが「弾性体」に相当し、本形態では板状に形成されている。ゴム板11は、被装着体20と収容体12(具体的には収容物であるバスバー12a)との間に介在される(図2や後述する図5を参照)。ゴム板13は、ケース12dと被装着体20との間に介在される。収容体12については後述する(図3を参照)。これらのゴム板11,13は、被装着体20またはブラケット14に対して所定の圧縮荷重を維持して接触する。所定の圧縮荷重は任意に設定可能であり、例えば移動体(車両を含む)に加わる加速度と収容体12の質量とを積算した値が該当する。
ブラケット14は、少なくとも取付片14aとブラケット本体14dとを有する。取付片14aは、図2に示すようにボルト15を用いて被装着体20に装着して固定するための取付穴14bがあけられている。ブラケット本体14dは、収容体12(具体的にはケース12d)と嵌合する際に弾性変形可能な部位を有し、当該嵌合を実現するための穴部14c(貫通穴)があけられている。穴部14cは「被嵌合部」に相当する。
またブラケット本体14dは、ケース12dの三面(すなわち底面と二つの側面)の外形形状に対応して形成し、図2に示すように側面から見てほぼ「コ」字状に形成する。ブラケット14の材質は任意であり、例えば樹脂や金属などが該当する。またブラケット14の形成方法も任意であり、樹脂の射出成形等や、金属の板金加工やプレス加工等、溶融金属の金型鋳造等などが該当する。
収容体12は、少なくともコンデンサ12gおよびバスバー12a,12hを収容するケース12dを有する。図3に示すケース12dは、一面(例えば図示する上面)が開口する桝状に形成され、対向する外壁面にそれぞれ凸部12eを有する。各凸部12eには、傾斜面であるテーパー部位12fを有する。なお、凸部12eはゴム板11,13と同等の弾性力を持たせて形成するのが望ましい。また、凸部12eはケース12dと一体形成してもよく、別体形成してケース12dに締結や接着等によって固定してもよい。
バスバー12aは、コンデンサ12gに備える一端子(図示せず)と、外部接続用の端子12bとを接続する金属部材である。同じくバスバー12aは、コンデンサ12gに備える他端子(図示せず)と、外部接続用の端子12cとを接続する金属部材である。本形態では、バスバー12aを上面側に用い、バスバー12hを底面側に用いるので、端子12cは端子12bよりも長く形成する。そして図3に示すように、バスバー12h・コンデンサ12g・バスバー12aの順番にケース12dの凹部に収容する。こうして収容した後の収容体12を図1に示す。
コンデンサ12gは「回路素子」に相当し、特定の周波数で振動が生じ得るタイプを含む。ケース12dの凹部内に収容するコンデンサ12gの個数は任意であり、本形態では6個を収容する。なお、外部から受ける振動や衝撃等に対抗して位置ずれを防止するため、図2に示すようにコンデンサ12gどうしが密接する状態で収容するのが望ましい。
図2に示す被装着体20は、収容体12だけでなく、他の要素も装着することが可能である。他の要素としては、例えば回路基板,冷却器,スイッチング素子(あるいはスイッチングを内蔵する半導体モジュール),コイル(リアクトルやトランス等を含む)などのうちで一以上が該当する。被装着体20の材質や形状等は問わず、例えばベース(基台)や筐体等が該当する。これらの被装着体20、収容体12および他の要素を接続することにより、電力変換装置を構成する。
上記電力変換装置は、電力源(例えばバッテリーやコンバータ等)から供給される電力を受けて、スイッチング素子のオン/オフ制御を行うことで電力を変換し、出力機器に出力する機能を担う。出力機器は、電力変換装置によって変換させる電力を受けて作動可能な機器であれば任意である。例えば、回転機(すなわち発電電動機,発電機,電動機等)、電力系統、負荷等のうちで一以上が該当する。
次に、図1に示す収容体12とブラケット14とを嵌合する過程について、側面図で示す図4を参照しながら説明する。図4(A)には嵌合前の状態を示し、図4(B)には嵌合途中の状態を示し、図4(C)には嵌合後の状態を示す。
図4(A)において、収容体12とブラケット14との間にゴム板13が介在するように、予めブラケット本体14dにゴム板13を載せておく。そして、ブラケット14に向かって収容体12(特にケース12d)を矢印D1方向(図面下方向)に移動させてゆくと、ケース12dの外壁面とブラケット本体14dの内壁面とが接するようになる。さらに、移動を続けると図4(B)に示すような状態になる。
図4(B)に示す状態は、ケース12dの外壁面に備えた凸部12eがブラケット本体14dの内壁面と接して、ブラケット14の一部が弾性変形している状態である。凸部12eにはテーパー部位12fを備えるので、収容体12を移動させるだけで引っ掛かることなくブラケット14の一部を弾性変形させることができる。その後、凸部12eが穴部14cに嵌ると、図4(C)に示すような状態になる。
図4(C)に示す状態は、弾性変形していたブラケット14が元の形状に戻るとともに、凸部12eと穴部14cとが嵌合した状態である。凸部12eは、テーパー部位12fとは反対部位(図面上側部位)は直角状に形成している。このように凸部12eを構成したので、嵌合後は取付片14aを強制的に解除方向(本形態では図面左右方向)に引っ張って、ブラケット14を図4(B)に示すような弾性変形させない限り、嵌合状態を解除することが困難になる。
収容体12とブラケット14との嵌合を終えると、これらを被装着体20に装着する。装着に際し、図2に示すように被装着体20と収容体12(特にバスバー12a)との間にゴム板11が介在するように、予めバスバー12aにゴム板11を載せておく。そして一点鎖線で示すように、ボルト15を取付穴14bに通し、被装着体20のボルト穴21にネジ込んで締結することで、被装着体20への装着(固定)を完了する。締結する際は、ゴム板11,13の圧縮方向と、ボルト15による締結力の作用方向とがほぼ一致するように構成する。こうして装着完了後の状態を図5に示す。図5に示す装着例ではバスバー12a,12hの端子12b,12cを端子穴22に通しているが、装着形態によっては端子穴22に通すことなくそのまま突出した状態となる場合もある。
上述した実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項1に対応し、回路素子モジュール10は、少なくともコンデンサ12gおよびバスバー12a,12hを収容する収容体12、収容体12を構成するケース12dの三面以上(このうちで少なくとも二面は対向する面)の外形形状に対応して形成されて収容体12と嵌合する際に少なくとも一部が弾性変形可能な部位を備えるブラケット14と、収容体12とブラケット14との間に介在させるゴム板13と、収容体12と被装着体20との間に介在させるゴム板11とを備える構成とした(図1,図2を参照)。この構成によれば、ブラケット14は少なくとも一部が弾性変形してケース12dと嵌合するスナップフィット構造である(図4を参照)。被装着体20への装着位置や被装着体20自体の形状が変わる場合にはブラケット14の形状を変更するだけで済む。よって、従来のような注型治具等を作製する必要がなくなるので、コストを低く抑えられる。注型治具等が不要となるので、回路素子モジュール10の製造に至るまでの時間も短縮できる。また、収容体12(具体的にはケース12d)とブラケット14との間にゴム板13が介在するとともに、収容体12(具体的には収容物のバスバー12a)と被装着体20との間にゴム板11が介在するので、通電によってコンデンサ12g自体に振動が発生したとしても当該振動をゴム板11,13が吸収する。よって、コンデンサ12gで振動が発生しても被装着体20には伝達されないので、騒音の発生を抑制することができる。
請求項2に対応し、高い損失係数を備えた弾性体としてのゴム板11,13は、被装着体20またはブラケット14に対して所定の圧縮荷重を維持して接触する構成とした(図2,図5を参照)。この構成によれば、ゴム板11,13が接触する被装着体20や収容体12に対して所定の圧縮荷重を維持するので、収容体12(具体的にはケース12d)と被装着体20とが直接的に接触することはない。したがって、コンデンサ12gで振動が発生しても被装着体20には伝達されないので、騒音の発生をより確実に抑制することができる。
請求項3に対応し、弾性体は、板状に形成されたゴム板11,13を用いる構成とした(図1,図2,図4,図5を参照)。この構成によれば、簡単に高い損失係数を備えた弾性が得られる部材を用いるので、コストを低減できる。
請求項4に対応し、収容体12(具体的にはケース12d)には嵌合部として凸部12eを備え、ブラケット14(具体的にはブラケット本体14d)には被嵌合部として穴部14cを備え、凸部12eを端子12cに嵌め合わせて固定する構成とした(図4,図5を参照)。この構成によれば、簡単な構造でケース12dとブラケット14とを素早く確実に固定することができる。また、凸部12eの一方側にテーパー部位12fを形成し、他方を直角状に形成したので、嵌合作業をスムーズに行え、嵌合後は解除困難になる。
請求項5に対応し、収容体12(本形態ではケース12d)と被装着体20との間はボルト15を用いて締結する際、収容体12(本形態では収容物のバスバー12a)と被装着体20との間に介在するゴム板11の圧縮方向と、ボルト15による締結力の作用方向とがほぼ一致するように構成した(図2,図5を参照)。この構成によれば、ゴム板11の圧縮方向と締結力の作用方向とはほぼ一致するので、ゴム板11に対してほぼ均等な力が加わる。よって収容体12(特にケース12d)と被装着体20とが直接的に接触することがないので、コンデンサ12gで振動が発生しても被装着体20には伝達されず、騒音の発生をより確実に抑制できる。
請求項6に対応し、電力変換装置は、少なくとも回路素子モジュール10と被装着体20とを有する構成とした(図5を参照)。この構成によれば、コストを低く抑え、騒音の発生を抑制できる電力変換装置を提供することができる。
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
上述した実施の形態では、収容体12(具体的にはケース12d)には嵌合部として凸部12eを備え、ブラケット14(具体的にはブラケット本体14d)には被嵌合部として穴部14cを備える構成とした(図4,図5を参照)。この形態に代えて、ケース12dに被嵌合部を備え、ブラケット本体14dに嵌合部を備える構成としてもよい。例えば図2に代わる図6で示すように、ブラケット本体14dの内壁面には嵌合部としてそれぞれ凸部14eを備え、ケース12dの対向する外壁面には被嵌合部としてそれぞれ凹部12iを備える。この構成では、凸部14eを凹部12iに嵌め合わせて収容体12とブラケット14とを嵌合する。このように、収容体12およびブラケット14のうちで、一方に嵌合部を備え、他方に被嵌合部を備える構成であればよい。この場合であっても、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
上述した実施の形態では、凸部12eにゴム板11,13と同等の弾性力を持たせて形成した(図1,図2を参照)。この形態に代えて、収容体12(具体的にはケース12d)とブラケット14(具体的にはブラケット本体14d)とが接触し得る全ての面に対応して、ゴム板を介在させる構成としてもよい。例えば図7に示すように、図面左側のケース12dとブラケット本体14dとの間にはゴム板16を介在させ、図面右側のケース12dとブラケット本体14dとの間にはゴム板17を介在させる。この構成によれば、収容体12とブラケット14とが接触し得る全ての面で高い損失係数を備えた弾性体(ゴム板)が介在するので、コンデンサ12gで振動が発生しても被装着体20には伝達されず、騒音の発生をさらに確実に抑制することができる。
上述した実施の形態では、通電時に振動を生じ得る回路素子として、コンデンサ12gを適用した(図2,図3を参照)。この形態に代えて、通電時に振動を生じ得る他の回路素子を収容体12に収容する場合にも適用することができる。他の回路素子は、例えばコイル(リアクトルを含む)などが該当する。収容体12に収容した他の回路素子で振動が発生しても被装着体20には伝達されず、騒音の発生をさらに確実に抑制することができる。
上述した実施の形態では、弾性体として用いるゴム板11は被装着体20と収容体12(具体的には収容物であるバスバー12a)との間に介在させ、同じくゴム板13はケース12dと被装着体20との間に介在させる構成とした(図1,図2,図5等を参照)。この形態に代えて、ゴム板11,13のうちで一方のみを介在させる構成としてもよい。一方のみを介在させる場合でも、全くゴム板(弾性体)を介在させない場合に比べると、コンデンサ12g(回路素子)で発生した振動が被装着体20に伝達するのを低く抑えることができる。
上述した実施の形態では、高い損失係数を備えた弾性体として、板状に形成されたゴム板11,13(図1等を参照)やゴム板16,17(図7を参照)を適用した。この形態に代えて(あるいは加えて)、他の弾性体を適用してもよい。他の弾性体は、例えば可撓性部材や繊維体などが該当する。可撓性部材は、エアバッグや風船等のように気体を封入したクッション部材が該当する。繊維体は、弾性があり凝集された紐状素材の集合体である。例えば金属繊維(スチールウール)、ガラス繊維(ガラスウール)、炭素繊維などが該当する。他の弾性体を適用する場合でも、簡単に高い損失係数と弾性が得られる部材を用いるので、コストを低減できる。
上述した実施の形態では、ブラケット14を構成するブラケット本体14dは、ケース12dの三面(すなわち底面と二つの側面)の外形形状に対応して形成し、図2に示すように側面から見てほぼ「コ」字状に形成した(図1,図2等を参照)。この形態に代えて、収容体12を被装着体20に装着可能な他の形状で形成してもよい。他の形状は、ケース12dの四面以上の外形形状に対応する形状が該当する。例えば図1に示すブラケット本体14dを二つ用いてこれらをほぼ直交させる形状や、図1に示すケース12dのように一面が開口する桝形状などが該当する。いずれの形状にせよ収容体12を被装着体20に装着できるので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
10 回路素子モジュール
11,13,16,17 ゴム板(高い損失係数を備えた弾性体)
12 収容体
12a,12h バスバー(導電部材)
12b,12c 端子
12d ケース
12e,14e 凸部(嵌合部)
12f,14f テーパー部位
12g コンデンサ(回路素子)
12i 凹部(被嵌合部)
14 ブラケット
14a 取付片
14b 取付穴
14c 穴部(被嵌合部)
14d ブラケット本体
15 ボルト(締結部材)
20 被装着体
21 ボルト穴
22 端子穴

Claims (6)

  1. 通電時に振動を生じ得る回路素子と、前記回路素子に備える端子と外部接続用の端子とを接続する導電部材と、少なくとも前記回路素子および前記導電部材を収容する収容体と、を備える回路素子モジュールにおいて、
    前記収容体の三面以上の外形形状に対応して形成され、前記収容体と嵌合する際に少なくとも一部が弾性変形可能な部位を備えるブラケットと、
    前記収容体と前記ブラケットとの間、前記収容体と前記収容体を装着する被装着体との間、のうちで一方または双方に介在させる高い損失係数を備えた弾性体弾性体と、
    を有することを特徴とする回路素子モジュール。
  2. 前記弾性体は、前記収容体に対して所定の圧縮荷重を維持して接触することを特徴とする請求項1に記載の回路素子モジュール。
  3. 前記弾性体には、板状に形成された樹脂、可撓性部材、繊維体のうちで一以上を用いることを特徴とする請求項1または2に記載の回路素子モジュール。
  4. 前記収容体および前記ブラケットのうちで、一方には嵌合部を備えるとともに、他方には被嵌合部を備え、
    前記嵌合部を前記被嵌合部に嵌め合わせて固定することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の回路素子モジュール。
  5. 前記収容体と前記被装着体との間は締結部材を用いて締結する際、前記収容体と前記被装着体との間に介在する前記弾性体の圧縮方向と、前記締結部材による締結力の作用方向とがほぼ一致するように構成することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の回路素子モジュール。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載の回路素子モジュールと、前記回路素子モジュールを装着する前記被装着体と、を有することを特徴とする電力変換装置。
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