JP2014036145A - 抵抗装置 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗値の異なる抵抗体を有しながらも設置スペースを小さくすることができる抵抗装置を提供すること。
【解決手段】抵抗装置４０は、通常放電用抵抗体２０と、この通常放電用抵抗体２０よりも抵抗値が小さい急速放電用抵抗体２２を有する。通常放電用抵抗体２０及び急速放電用抵抗体２２は、共通の一つの絶縁ケース４１及びセメント５５の内部に密封されて電気的に結合されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、抵抗装置に関する。

例えば、電気自動車に搭載のインバータ装置には、平滑コンデンサ放電用の抵抗装置が搭載されている。この種の抵抗装置としては、例えば、特許文献１に開示の車載用電力型固定抵抗器が挙げられる。図５に示すように、車載用電力型固定抵抗器８０は、抵抗エレメント（図示せず）を収納したセラミックハウジングにセメントを注入して密封して形成された抵抗体８１と、この抵抗体８１を収納するホルダ８２にカシメ爪８３を一体に形成した保持具８４と、を有する。さらに、車載用電力型固定抵抗器８０は、カシメ爪８３を挿通する穴８６及びカシメ爪８３を嵌め付ける切欠き８７を設けたブラケット８８を有する。そして、ホルダ８２に抵抗体８１を収納した保持具８４のカシメ爪８３を、ブラケット８８の穴８６に挿通するか、切欠き８７に嵌め付けるかして、保持具８４をブラケット８８の上にかしめ付けることにより、抵抗体８１がホルダ８２とブラケット８８とで保持及び保護され、車載用電力型固定抵抗器８０が形成されている。

特開２００１−２３７１０１号公報

ところが、近年では、平滑コンデンサを急速に放電させることが要求されている。このため、インバータ装置には、特許文献１に開示の車載用電力型固定抵抗器８０のような通常放電用抵抗装置に加え、通常放電用抵抗装置よりも抵抗値の小さい（異なる）抵抗体を備えた急速放電用抵抗装置の設置スペースも確保しなくてはならず、抵抗装置の設置スペースが大きくなっていた。

本発明は、抵抗値の異なる抵抗体を有しながらも設置スペースを小さくすることができる抵抗装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、第１の抵抗体と、前記第１の抵抗体と抵抗値の異なる第２の抵抗体と、前記第１の抵抗体及び前記第２の抵抗体が熱的に結合された放熱部と、を有し、前記第１の抵抗体及び前記第２の抵抗体は、共通の一つの前記放熱部の内部に密封されていることを要旨とする。

これによれば、第１の抵抗体と第２の抵抗体のうち、一方の抵抗体に電気が流れ、発熱したとき、この熱は一方の抵抗体から放熱部に放熱されるだけではなく、他方の抵抗体及び他方の抵抗体側の周囲を放熱経路として放熱部に放熱される。このため、第１及び第２の抵抗体を単独で放熱させる場合と比べると、各抵抗体の放熱経路（放熱面積）を増やすことができ、各抵抗体で発生した熱を効率良く放熱部に放熱することができる。その結果として、第１及び第２の抵抗体の熱を単独で放熱部に放熱させる構成とした場合と比べて、一つ一つの抵抗体を効率良く冷却することができ、各抵抗体の温度上昇が抑えられる。よって、第１の抵抗体と第２の抵抗体の熱を単独で放熱部に放熱させる場合と比べると、抵抗体を小型化することができ、二つの抵抗体を有しながらも、その設置スペースを小さくすることができる。

また、前記放熱部の内部では、前記第１の抵抗体及び前記第２の抵抗体の一方の端子同士が一つの電極端子によって接続されていてもよい。
これによれば、一つの電極端子に対し、電源と電気的に接続することで、第１及び第２の抵抗体を電源に接続することができる。よって、第１及び第２の抵抗体それぞれに個別で電源に接続する場合と比べると、電源と、第１及び第２の抵抗体との接続のために必要となる部品点数を減らすことができる。

また、前記第１の抵抗体は、酸化金属被膜抵抗によって形成され、前記第２の抵抗体は巻線抵抗によって形成されていてもよい。
これによれば、抵抗値の異なる第１の抵抗体と第２の抵抗体を簡単に製造することができる。

また、抵抗装置は、電気自動車に搭載の走行用モータを制御するインバータ装置に搭載され、前記インバータ装置に設けられた平滑コンデンサの放電抵抗として用いられるものであってもよい。

これによれば、抵抗装置の設置スペースを小さくすることができるため、抵抗装置が設置されるインバータ装置も小型化することができる。

本発明によれば、抵抗値の異なる抵抗体を有しながらも設置スペースを小さくすることができる。

図１（ａ）は電気自動車を示す図、（ｂ）はインバータ装置の電気回路構成を示す図。 実施形態の抵抗装置を示す斜視図。 実施形態の抵抗装置を示す平面図。 通常放電用抵抗体、急速放電用抵抗体、電極端子、リード線を示す斜視図。 背景技術を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
まず、インバータ装置１０の電気的構成について説明する。
図１（ａ）に示すように、インバータ装置１０は、車両としての電気自動車１３に搭載され、直流電源１１から供給される直流電力を交流電力に変換し、走行用モータＭへ供給する。これにより走行用モータＭが回転駆動され、電気自動車１３が走行する。

図１（ｂ）に示すように、インバータ装置１０は、６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有し、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６には、パワー半導体素子が使用される。この実施形態では各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６としてＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）が使用されている。インバータ装置１０は、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４、第５及び第６のスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６がそれぞれ直列に接続されている。各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタとエミッタ間には、ダイオードＤ１〜Ｄ６が、逆並列に、即ちカソードがコレクタにアノードがエミッタに対応する状態に接続されている。第１、第３及び第５のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５とダイオードＤ１，Ｄ３，Ｄ５の組はそれぞれ上アームと呼ばれ、第２、第４及び第６のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６とダイオードＤ２，Ｄ４，Ｄ６の組はそれぞれ下アームと呼ばれる。

スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５のコレクタがそれぞれ配線１２を介して直流電源１１のプラス端子に接続され、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６のエミッタがそれぞれ配線１４を介して直流電源１１のマイナス端子に接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の間の接合点は走行用モータＭのＵ相端子Ｕに、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の間の接合点は走行用モータＭのＶ相端子Ｖに、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の間の接合点は走行用モータＭのＷ相端子Ｗに、それぞれ接続される。

直流電源１１において、正極側の配線１２と、負極側の配線１４の間には平滑コンデンサ３１が接続されている。直列接続された上アーム用のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５及び下アーム用のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６に対し平滑コンデンサ３１が並列接続されている。直流電源１１からの電流が、平滑コンデンサ３１に流れると、平滑コンデンサ３１が充電される。平滑コンデンサ３１が充電されていれば、平滑コンデンサ３１から各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を介して走行用モータＭへと電流が供給される。

直流電源１１の正極にはシステムメインリレー（ＳＭＲ）Ｓが接続されており、システムメインリレーＳは、インバータ装置１０への通電を制御している。また、正極側の配線１２と負極側の配線１４の間には、第１の抵抗体としての通常放電用抵抗体２０が接続されている。そして、平滑コンデンサ３１と、通常放電用抵抗体２０から通常放電用回路２１が形成されている。また、正極側の配線１２と、負極側の配線１４との間には、第２の抵抗体としての急速放電用抵抗体２２が接続されている。急速放電用抵抗体２２の抵抗値は、通常放電用抵抗体２０の抵抗値よりも小さく設定されている。

通常放電用抵抗体２０と急速放電用抵抗体２２は並列に接続されている。通常放電用抵抗体２０の負極は、直流電源１１の負極側の配線１４に接続されている。また、急速放電用抵抗体２２の負極は、トランジスタ２４を介して直流電源１１の負極側の配線１４に接続されている。

そして、平滑コンデンサ３１と、急速放電用抵抗体２２と、トランジスタ２４から急速放電用回路２３が形成されている。トランジスタ２４には、制御回路２５が接続され、制御回路２５によりトランジスタ２４がオン／オフ制御される。平滑コンデンサ３１に充電された電荷は、通常放電用抵抗体２０を流れて通常放電用回路２１によって放電される。通常放電用回路２１によって行われる放電は、数分以内に所定電圧以下にまで放電させる。

一方、例えば、電気自動車１３の緊急停車時にシステムメインリレーＳによって、直流電源１１とインバータ装置１０との間が遮断され、かつ制御回路２５によってトランジスタ２４がオンされたときは、平滑コンデンサ３１に充電された電荷は、急速放電用抵抗体２２を流れ、急速放電用回路２３によって放電される。急速放電用回路２３によって行われる放電は、通常放電用回路２１によって行われる放電より、短時間で行われ、数秒以内に所定電圧以下にまで放電させる。

次に、通常放電用抵抗体２０と、急速放電用抵抗体２２を備える抵抗装置４０について説明する。
図２及び図３に示すように、抵抗装置４０は、四角箱状の絶縁ケース４１を備え、この絶縁ケース４１は矩形状の底板４１ａと、この底板４１ａの対向する一対の長辺から立設された第１側壁４１ｂと、底板４１ａの対向する一対の短辺から立設された第２側壁４１ｃとから形成されている。一対の第２側壁４１ｃの外面からは取付片４２が延設され、両取付片４２を貫通させたボルト等をインバータ装置１０に螺合することで、抵抗装置４０がインバータ装置１０に搭載されている。

また、一対の第１側壁４１ｂのうち、一方の第１側壁４１ｂの長手方向両端部には挿通部４３が、第１側壁４１ｂの開口端から凹設されている。また、他方の第１側壁４１ｂの長手方向一端部にも、挿通部４３が第１側壁４１ｂの開口端から凹設されている。

図３及び図４に示すように、絶縁ケース４１内には、酸化金属被膜抵抗によって円柱状に形成された通常放電用抵抗体２０が収容されるとともに、巻線抵抗によって円柱状に形成された急速放電用抵抗体２２が収容されている。なお、本実施形態では通常放電用抵抗体２０と急速放電用抵抗体２２は同じ大きさに形成されている。また、通常放電用抵抗体２０の軸方向一端部の正極端子２０ａと、急速放電用抵抗体２２の軸方向一端部の正極端子２２ａには、電極端子４４が接続されている。電極端子４４は、有蓋円筒状に形成された一対の正極キャップ端子４５と、一対の正極キャップ端子４５同士を電気的に接続する端子板４６とを一体化して形成されている。また、一方の正極キャップ端子４５には、配線接続部４７が設けられている。

そして、一方の正極キャップ端子４５に急速放電用抵抗体２２の正極端子２２ａが接続されるとともに、他方の正極キャップ端子４５に通常放電用抵抗体２０の正極端子２０ａが接続されている。したがって、電極端子４４によって、急速放電用抵抗体２２の一方の端子（正極端子２２ａ）と、通常放電用抵抗体２０の一方の端子（正極端子２０ａ）とが並列に接続されている。

また、通常放電用抵抗体２０の軸方向他端部の負極端子２０ｂには、負極キャップ端子５０が接続され、この負極キャップ端子５０には配線接続部５０ａが設けられている。急速放電用抵抗体２２の軸方向他端部の負極端子２２ｂには、負極キャップ端子５１が接続され、この負極キャップ端子５１には配線接続部５１ａが設けられている。

絶縁ケース４１内には通常放電用抵抗体２０と、急速放電用抵抗体２２が収容されるとともに、絶縁ケース４１内にはセメント５５が充填されている。セメント５５及び絶縁ケース４１の内部には通常放電用抵抗体２０及び急速放電用抵抗体２２が一体化された状態で密封されている。そして、絶縁ケース４１及びセメント５５は、通常放電用抵抗体２０及び急速放電用抵抗体２２で発生した熱の放熱部となっている。

図２に示すように、電極端子４４の配線接続部４７には、直流電源１１の正極側の配線１２と電気的に接続された正極リード線５６が接続され、この配線接続部４７は挿通部４３から絶縁ケース４１外に引き出されている。通常放電用抵抗体２０に接続された負極キャップ端子５０の配線接続部５０ａには、直流電源１１の負極側の配線１４と電気的に接続された負極リード線５７が接続され、この負極リード線５７は挿通部４３から絶縁ケース４１外に引き出されている。さらに、急速放電用抵抗体２２に接続された負極キャップ端子５１の配線接続部５１ａには、トランジスタ２４と電気的に接続されたリード線５８が接続され、このリード線５８は挿通部４３から絶縁ケース４１外に引き出されている。

次に、抵抗装置４０の作用を記載する。
平滑コンデンサ３１に充電された電荷は、通常放電用抵抗体２０を流れ、通常放電用回路２１によって放電される。このとき、通常放電用抵抗体２０に電流が流れ、通常放電用抵抗体２０は発熱するが、その熱はセメント５５及び絶縁ケース４１に放熱される。また、通常放電時は、急速放電用抵抗体２２には電流は流れず、急速放電用抵抗体２２は発熱しておらず、温度も通常放電用抵抗体２０より低くなっている。このため、通常放電用抵抗体２０で発生した熱は、急速放電用抵抗体２２側にも伝わり、急速放電用抵抗体２２及びこの急速放電用抵抗体２２の周囲を放熱経路としてセメント５５及び絶縁ケース４１に放熱される。

一方、例えば、電気自動車１３の緊急時にシステムメインリレーＳによって直流電源１１とインバータ装置１０の間が遮断され、かつ制御回路２５によってトランジスタ２４がオンされたときは、平滑コンデンサ３１に充電された電荷は、急速放電用抵抗体２２を流れ、急速放電用回路２３によって放電される。このとき、急速放電用抵抗体２２に電流が流れ、急速放電用抵抗体２２は急速に発熱し、その熱はセメント５５及び絶縁ケース４１に放熱される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）抵抗値の異なる通常放電用抵抗体２０と急速放電用抵抗体２２を熱的に結合して一体化するとともに、通常放電用抵抗体２０と急速放電用抵抗体２２を絶縁ケース４１及びセメント５５の内部に密封した。そして、通常放電時に、通常放電用抵抗体２０で発生した熱を、急速放電用抵抗体２２及びその周囲を放熱経路としてセメント５５及び絶縁ケース４１に放熱するようにした。よって、通常放電用抵抗体２０だけからセメント５５及び絶縁ケース４１に放熱する場合と比べると、急速放電用抵抗体２２を放熱経路とした分だけ放熱面積を広げ、通常放電用抵抗体２０を効率良く冷却することができる。したがって、通常放電用抵抗体２０の放熱性能が上がることで、通常放電用抵抗体２０を小型化することができ、抵抗装置４０を小型化してその設置スペースも小さくすることができる。つまり、単に通常放電用抵抗体２０と急速放電用抵抗体２２とを一体化しただけでなく、通常放電時に利用していない急速放電用抵抗体２２や、急速放電用抵抗体２２側のセメント５５及び絶縁ケース４１を放熱経路、放熱部として利用することで、放熱性能の向上による小型化を実現している。

（２）抵抗装置４０は、通常放電用抵抗体２０と急速放電用抵抗体２２を一つの絶縁ケース４１内に備える。このため、通常放電用抵抗体２０と、急速放電用抵抗体２２を別々に絶縁ケースに収容した構成のように、二つの絶縁ケースが並ぶことで二枚の側壁が並ぶ場所が形成されることが無くなり、電極端子４４の設置スペースをより小さくすることができる。

（３）抵抗装置４０は、通常放電用抵抗体２０と急速放電用抵抗体２２を一つの絶縁ケース４１内に備える。このため、二つの抵抗体２０，２２を一括してインバータ装置１０に取り付けることができ、その取付工程を簡単に行うことができる。

（４）通常放電用抵抗体２０の正極端子２０ａと、急速放電用抵抗体２２の正極端子２２ａを一つの電極端子４４で接続した。そして、電極端子４４に配線接続部４７を設けたため、配線接続部４７に正極リード線５６を接続することで、通常放電用抵抗体２０及び急速放電用抵抗体２２を、正極リード線５６及び電極端子４４を介して直流電源１１の配線１２と電気的に接続することができる。したがって、通常放電用抵抗体２０と、急速放電用抵抗体２２を別々に、直流電源１１の配線１２と接続する場合と比べると、部品点数を減らすことができる。

（５）通常放電用抵抗体２０を酸化金属被膜抵抗で形成し、急速放電用抵抗体２２を巻線抵抗で形成したため、抵抗値の異なる抵抗体２０，２２を簡単に製造することができる。

（６）抵抗装置４０を電気自動車１３に搭載されたインバータ装置１０の放電抵抗として用いた。そして、抵抗装置４０において、通常放電用抵抗体２０と急速放電用抵抗体２２を一体化し、セメント５５及び絶縁ケース４１を共通の放熱部とすることで、抵抗装置４０を小型化することができる。したがって、小型化した抵抗装置４０をインバータ装置１０に搭載することで、インバータ装置１０も小型化することができる。

（７）通常放電用抵抗体２０で発生した熱を効率良く放熱するため、抵抗装置４０が備える急速放電用抵抗体２２を放熱経路として用いた。よって、絶縁ケース４１を大きくしたり、セメント５５の量を増やすことなく通常放電用抵抗体２０の熱を効率良く放熱することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、抵抗装置４０をインバータ装置１０の放電抵抗用としたが、その他の装置での放電抵抗として用いてもよい。

○ 実施形態では、通常放電用抵抗体２０を酸化金属被膜抵抗で形成し、急速放電用抵抗体２２を巻線抵抗で形成したが、通常放電用抵抗体２０と急速放電用抵抗体２２とで抵抗値が異なり、通常放電用抵抗体２０の抵抗値が急速放電用抵抗体２２の抵抗値より小さくなれば、抵抗の材料は適宜変更してもよい。

○ 実施形態では、電極端子４４によって通常放電用抵抗体２０と急速放電用抵抗体２２の正極端子２０ａ，２２ａ同士を接続し、電極端子４４を介して直流電源１１の正極側に接続したが、通常放電用抵抗体２０と急速放電用抵抗体２２を別々に直流電源１１の正極側に接続してもよい。

○ 通常放電用抵抗体２０及び急速放電用抵抗体２２と各リード線の接続態様はラグ端子等での接続等に適宜変更してもよい。
○ 実施形態では、絶縁ケース４１の第１側壁４１ｂに形成した挿通部４３から各リード線５６，５７，５８を絶縁ケース４１外に引き出すようにしたが、各リード線５６，５７，５８の引出方は適宜変更してもよい。各リード線５６，５７，５８をセメント５５を貫通させて、抵抗装置４０の上方に引き出してもよいし、底板４１ａを貫通させて抵抗装置４０の下方に引き出してもよい。

○ 実施形態では、第１の抵抗体を通常放電用抵抗体２０とし、第２の抵抗体を急速放電用抵抗体２２としたが、この逆でもよい。
○ 実施形態では、便宜状、正極端子２０ａ，２２ａ、負極端子２０ｂ，２２ｂ、正極キャップ端子４５、負極キャップ端子５０，５１、正極リード線５６、負極リード線５７としたが、抵抗装置として極性を限定するものではない。例えば、正極リード線５６を負極側の配線１４と接続し、負極リード線５７を正極側の配線１２と接続し、リード線５８をトランジスタ２４を介して正極側の配線１２と接続してもよい。

○ 実施形態では、車両としての電気自動車１３に具体化したが、車両としてハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、レンジ・エクステンダー車等に具体化してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（イ）前記放熱部は、前記第１及び第２の抵抗体を収容する絶縁ケースと、該絶縁ケース内に充填されたセメントとからなる請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の抵抗装置。

Ｍ…走行用モータ、１０…インバータ装置、１３…車両としての電気自動車、２０…第１の抵抗体としての通常放電用抵抗体、２２…第２の抵抗体としての急速放電用抵抗体、３１…平滑コンデンサ、４０…抵抗装置、４１…放熱部を形成する絶縁ケース、４４…電極端子、５５…放熱部を形成するセメント。

Claims (4)

1. 第１の抵抗体と、
   前記第１の抵抗体と抵抗値の異なる第２の抵抗体と、
   前記第１の抵抗体及び前記第２の抵抗体が熱的に結合された放熱部と、を有し、
   前記第１の抵抗体及び前記第２の抵抗体は、共通の一つの前記放熱部の内部に密封されている抵抗装置。
2. 前記放熱部の内部では、前記第１の抵抗体及び前記第２の抵抗体の一方の端子同士が一つの電極端子によって接続されている請求項１に記載の抵抗装置。
3. 前記第１の抵抗体は、酸化金属被膜抵抗によって形成され、前記第２の抵抗体は巻線抵抗によって形成されている請求項１又は請求項２に記載の抵抗装置。
4. 車両に搭載の走行用モータを制御するインバータ装置に搭載され、前記インバータ装置に設けられた平滑コンデンサの放電抵抗として用いられる請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の抵抗装置。