JP2015074015A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ケースの壁部に形成した開口部のシール性を高めることができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】外郭を構成するケース2と、ケース内に配された複数の端子とを備える。ケース2の第1壁部3aには、複数の端子に向かって開口した開口部4が形成されている。開口部4の周囲には、環状のシール面5を形成してある。ケース2はダイカストによって製造される。製造時には、ゲートが、金型内のキャビティ空間Sのうち、第1壁部3aに相対向する第2壁部3bを成形する部位S2に繋がっている。ケース2には、開口部4内を跨ぎ該開口部4の内周面40に連結した連結部6を形成してある。
【選択図】図1

Description

本発明は、金属製のケースを備える電力変換装置に関する。
例えば交流電力と直流電力との間で電力変換をする電力変換装置として、金属製のケースと、該ケースに収容された複数の端子とを備えたものが知られている(下記特許文献1参照)。上記複数の端子は、電力変換装置を外部機器に電気接続するために設けられている。
上記ケースの壁部には、上記複数の端子に向かって開口した開口部を形成してある。この開口部は、例えば、電力変換装置を外部機器に電気接続するときに、ケース外からボルトをケース内に差し込んで、上記端子をコネクタ等に締結する作業を行うために用いられる。
端子の締結作業が終了すると、開口部にはカバーが取り付けられる。この際、開口部の周囲とカバーとの間にシール部材が設けられる。このシール部材によって、ケースのシール性を高めるよう構成してある。また、開口部の周囲には、シール部材が密着するシール面を形成してある。シール面は、荒れていると、シール部材との密着性が低下して、シール性が低下しやすくなる。そのためシール面は、なるべく滑らかに形成することが望まれている。
上記ケースは、ダイカストによって製造される。すなわち、ケースを製造する際には、複数の金型を組み合わせ、溶融した金属(以下、溶湯とも記す)を、いわゆるゲートから、金型内のキャビティ空間に圧入する。その後、溶湯を冷却して固化し、金型を開く。これにより、ケースを製造する。
上記ゲートは、ある程度の長さと幅が必要とされる。そのためゲートは、ケースの自由な位置に設けることはできない。例えば上記ケースでは、複数の壁部のうち、上記開口部を形成した第1壁部とは相対向する第2壁部に、ゲートが繋がっている。そのためケースを製造するときには、溶湯は、金型内のキャビティ空間のうち第2壁部を成形する空間に、まず圧入される。その後、溶湯は、金型内の他の空間を充填し、最後に、上記第1壁部を成形する空間を充填する。
特開2011−166981号公報
しかしながら、上記ケースは、上記開口部のシール性を充分に高めにくいという問題がある。すなわち、一般にダイカストでは、溶湯が最後に到達する箇所は、湯回りが悪いため、流れ込んだ溶湯の圧力が局所的に高くなる部位が発生しやすい。溶湯の圧力が高い部位は、金型が摩耗する等の理由により、成形品の表面が荒れやすくなる。特に上記ケースでは、製造時に溶湯が最後に到達する第1壁部に、上記開口部を形成してある。そのため、開口部の周辺は湯回りが特に悪くなり、流れ込んだ溶湯の圧力が局所的に高くなって、ケース表面が荒れる箇所が生じやすい。上述したように、開口部の周囲にはシール面を形成してあるため、このシール面も荒れやすくなる。そのため、開口部のシール性が低下しやすくなる。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、ケースの壁部に形成した開口部のシール性を高めることができる電力変換装置を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、外郭を構成するケースと、
外部機器に電気接続するために設けられ、上記ケース内に収容された複数の端子とを備え、
上記ケースは、互いに対向配置された第1壁部及び第2壁部と、これら第1壁部及び第2壁部を繋ぐ第3壁部とを備え、
上記第1壁部には、上記複数の端子に向かって開口した開口部を形成してあり、該開口部を塞ぐカバーとの間に配設されるシール部材が密着するシール面が、上記開口部を取り囲むように形成され、
上記ケースはダイカストによって製造され、製造時に金型内に圧入される溶湯の通路となるゲートが、上記金型内のキャビティ空間のうち上記第2壁部を成形する部位に連通するよう構成され、
上記ケースに、上記開口部内を跨ぎ該開口部の内周面に両端が連結した連結部を形成してあることを特徴とする電力変換装置にある。
上記電力変換装置においては、上記開口部内に上記連結部を形成してある。そのため、ケースの製造時において溶湯が最後に到達する上記第1壁部に開口部を形成していても、この開口部の周囲に形成したシール面が荒れることを抑制でき、開口部のシール性を向上させることができる。すなわち、上記構成にすると、ケースの製造時において、上記キャビティ空間のうち連結部を成形するための部分が溶湯のバイパスになるため、開口部周辺の湯回りを向上させることが可能になる。そのため、開口部周辺において溶湯の圧力が局所的に高くなる箇所が生じにくくなり、ケース表面が荒れる部分が生じにくくなる。そのため、開口部の周囲に形成したシール面も荒れることを防止できる。これにより、シール性を高めることが可能となる。
以上のごとく、本発明によれば、ケースの壁部に形成した開口部のシール性を高めることができる電力変換装置を提供することができる。
実施例1における、ケースの斜視図。 実施例1における、第1壁部の正面図に、ケース製造時における溶湯の流れを重ねて描いた図。 図2の-III矢視図。 図2のIV-IV断面図。 図4のV矢視図。 図2のVI矢視図。 実施例1における、ケースの製造工程説明図。 図7の要部拡大断面図。 実施例1における、ケースにコネクタを接続するときの側面図。 図9に示すコネクタをケースに接続した状態における側面図。 図10のXI-XI断面図。 図10のXII-XII断面図。 図12に示すカバーを取り付けた状態での断面図。 実施例1における、電力変換装置の回路図。 比較例における、ケースの製造工程説明図。 比較例における、第1壁部の正面図に、ケース製造時における溶湯の流れを重ねて描いた図。
上記電力変換装置は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための車載用電力変換装置とすることができる。
(実施例1)
上記電力変換装置に係る実施例について、図1〜図14を用いて説明する。本例の電力変換装置1は、図1、図9に示すごとく、外郭を構成するケース2と、外部機器と電気的に接続するための複数の端子10,11とを備える。複数の端子10,11はケース2内に収容されている。
図1、図6に示すごとく、ケース2は、互いに対向配置された第1壁部3a及び第2壁部3bと、これら第1壁部3a及び第2壁部3bを繋ぐ第3壁部3cを備える。
図9に示すごとく、第1壁部3aには、複数の端子10,11に向かって開口した開口部4が形成されている。
図1、図11に示すごとく、開口部4を塞ぐカバー20との間に配設されるシール部材21が密着するシール面5が、開口部4を取り囲むように形成されている。
図7に示すごとく、ケース2はダイカストによって製造される。製造時に金型7内に圧入される溶湯29の通路となるゲート70が、金型7内のキャビティ空間Sのうち、第2壁部3bを成形する部位S2に連通するよう構成されている。
図1に示すごとく、上記ケース2に、開口部4内を跨ぎ該開口部4の内周面40に両端が連結した連結部6を形成してある。
本例の電力変換装置1は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置である。図14に示すごとく、電力変換装置1は、半導体素子185(IGBT素子)を内蔵した複数の半導体モジュール184と、直流電圧を平滑化するためのコンデンサ186と、半導体モジュール184の動作を制御する制御回路部181とを備える。半導体モジュール184をスイッチング動作させることにより、直流電源18の直流電力を交流電力に変換し、交流負荷19(三相交流モータ)を駆動するよう構成されている。直流電源18と電力変換装置1との間には、2個のリレー182,183を設けてある。
図9に示すごとく、端子10,11には、直流電源18(図14参照)に電気接続するための直流端子10(10p,10n)と、交流負荷19に接続するための交流端子11(11u,11v,11w)とがある。複数の端子10,11は、連結部6の延出方向(X方向)に平行な方向に延びている。
また、図1〜図6に示すごとく、ケース2は、上記3つの壁部3a,3b,3cの他に、第4壁部3d及び第5壁部3eを備える。図6、図7に示すごとく、X方向における、第3壁部3cを設けた側とは反対側には、ケース外側に開口したケース開口22を形成してある。図1、図3に示すごとく、第3壁部3cには、後述する電源用コネクタ12を挿入するための電源用挿入孔120と、負荷用コネクタ13を挿入するための負荷用挿入孔130と、図示しない制御用コネクタを挿入するための制御用挿入孔170とを形成してある。
図9に示すごとく、開口部4を、該開口部4の開口方向(Z方向)から見ると、直流端子10と交流端子11とが全て視認できるようになっている。開口部4内は、3つの小開口部100,110,140に分けられている。小開口部には、直流端子10を視認可能な位置に形成された直流用小開口部100と、交流端子11を視認可能な位置に形成された交流用小開口部110と、後述するインターロック14のケース側部分141を視認可能な位置に形成されたインターロック用小開口部140とがある。
図2に示すごとく、開口部4は、X方向とZ方向との双方に直交する直交方向(Y方向)における長さL1の方が、X方向における長さL2よりも長い。
また、図1、図2に示すごとく、開口部4の内部には、第1連結部6aと第2連結部6bとの、2個の連結部6を形成してある。第1連結部6aは、直流用小開口部100とインターロック用小開口部140との間に設けられている。第2連結部6bは、インターロック用小開口部140と交流用小開口部110との間に設けられている。
連結部6は板状に形成されている。図1、図8に示すごとく、連結部6の、X方向におけるケース開口22側の部位には、ケース外側からケース内側に凹む凹部60が形成されている。凹部60は、X方向において第3壁部3cを設けた側からケース開口22側に向かうほど、Z方向深さが次第に深くなるように、テーパ状に形成されている。
図1に示すごとく、開口部4の周囲には、第1壁部3aからZ方向に立設した環状リブ41が形成されている。環状リブ41の先端部42に、シール部材21(図11参照)が嵌合する凹状の嵌合部50が形成されている。嵌合部50の内面が、上記シール面5になっている。環状リブ41の周囲には、カバー20を固定するための雌螺子部43が複数個、形成されている。また、環状リブ41には、カバー20の位置決めをするための位置決めピン45が形成されている。
図7に示すごとく、ケース2を製造するときには、複数個の金型7を組み合わせ、この金型7内に形成されたキャビティ空間Sに、溶湯29を圧入する。上述したように、ゲート70は、金型7内のキャビティ空間Sのうち、第2壁部3bを成形する部位S2に連通するよう構成されている。そのため、ケース2の製造時には、溶湯29は、ゲート70を通って上記部位S2に入り、その後、第3壁部3c、第4壁部3d、第5壁部3eを成形する空間内を流れる。そして最後に、第1壁部3aを成形する空間S1に到達する。
このように、キャビティ空間Sを溶湯29によって充填した後、溶湯29を冷却して固化させる。そして金型7を開き、ケース2を取り出す。このとき、ゲート70内に残った溶湯29も固化するため、これがゲート残700となって残る。ゲート残700は、ケース2を金型7から取り出した後、除去される。なお、ゲート70は、図5に示すごとく、Y方向に細長い形状をしている。
ケース2を製造するときの溶湯29の流れについて、さらに詳細に説明する。図3に示すごとく、第3壁部3cには、上述した電源用挿入孔120と、負荷用挿入孔130とが形成されている。電源用挿入孔120と負荷用挿入孔130との間には、接続部27が存在している。第3壁部3cがこのような形状になっているため、ケース2を製造するときには、溶湯29は、キャビティ空間Sにおける、接続部27を成形するための部位を通り、第1壁部3aを成形する空間S1に勢いよく流れ込む。
溶湯29はその後、図8に示すごとく、環状リブ41を成形する空間S41を流れる。溶湯29は、この空間S41に入った後、4方向に分かれる。すなわち、図2に示すごとく、溶湯29はY方向に2つに分かれると共に、連結部6a,6bを成形する空間S6(図8参照)内を流れる。このように、連結部6a,6bを形成してあると、溶湯29が4方向に分岐して流れるため、開口部4周辺における溶湯29の湯回りが良好になる。
また、図8に示すごとく、本例では、連結部6に上記凹部60を形成してある。そのため、連結部6を成形する空間S6内を流れた溶湯29は、金型7のうち凹部60を形成するための部位(凹部形成部760)に衝突する。そのため、溶湯29は速度を落とし、向きを変えて、金型7内の環状リブ41を成形する空間S41のうち、開口部22側に位置する空間S412に流入する。
一方、図9に示すごとく、本例の電力変換装置1には、電源用コネクタ12と負荷用コネクタ13とが取り付けられる。電源用コネクタ12は、第3壁部3c(図3参照)に形成した電源用挿入孔120に挿入され、負荷用コネクタ13は、負荷用挿入孔130に挿入される。電源用コネクタ12は、直流端子10に接続するための2本のバスバー121を備える。また、負荷用コネクタ13は、交流端子11に接続するための3本のバスバー131を備える。
図10に示すごとく、コネクタ12,13を挿入した後、開口部4からボルト17を差し込む。そして、ボルト17を用いて、直流端子10を直流用コネクタ12のバスバー121に締結すると共に、交流端子11を負荷用コネクタ13のバスバー131に締結する。これにより、直流端子10を直流電源18(図14参照)に電気接続し、交流端子11を交流負荷19に電気接続するよう構成されている。
図11に示すごとく、電源用コネクタ12は、バスバー121を支持する支持部122と、該支持部122に設けられたナット123とを備える。開口部4から挿し込まれたボルト17は、ナット123に螺合する。これにより、直流端子10をバスバー121に締結するよう構成されている。なお、負荷用コネクタ13も、電源用コネクタ12と同様の構造をしている。
図11に示すごとく、ボルト17をナット123に螺合した後、上述した嵌合部50に、弾性部材からなるシール部材21を嵌め込む。そして、開口部4にカバー20を取り付け、このカバー20によってシール部材21をZ方向に圧縮する。これにより、シール部材21をシール面5に密着させる。次いで、図4に示すごとく、カバー用ボルト44を雌螺子部43に螺合し、カバー20をケース2に固定する。
一方、図10に示すごとく、本例の電力変換装置1は、稼働中にユーザがカバー20を取り外したときに、電源を遮断するためのインターロック14を備える。インターロック14は、ケース側部分141と、カバー側部分142(図12参照)とからなる。ケース側部分141は、2つの連結部6a,6bの間に配されている。
図12に示すごとく、ケース側部分141は、樹脂製の本体部144と、該本体部144内に配された2本の配線143と、該配線143の先端に接続した金属製の凹状部145とを備える。2本の配線143は、上述した制御回路部181(図14参照)に接続している。また、カバー側部分142は、1本の配線147と、該配線147の両端に接続した金属製の凸状部146とを備える。
図13に示すごとく、カバー20を開口部4に取り付けると、カバー側部分142の凸状部146が凹状部145に嵌合する。そのため、2本の配線143の間が導通状態となる。導通状態となっている間は、制御回路部181は、カバー20が取り付けられていると判断し、電力変換装置1を正常に稼働させる。ユーザがカバー20を取り外すと、図12に示すごとく、凸状部146が凹状部145から離隔し、2本の配線143の間が非導通状態となる。制御回路部181は、上記非導通状態となった場合に、カバー20が取り外されたと判断し、リレー182,183(図14参照)を強制的にオフにする。これにより、カバー20が取り外された後にユーザが端子10,11に触れて感電することを防止している。
なお、本例では、2つの連結部6a,6b(図9参照)を、カバー20を取り付けるときにカバー側部分142をケース側部分141に案内するためのガイドとして利用している。
本例の作用効果について説明する。図1に示すごとく、本例では、上記開口部4内に連結部6を設けてある。そのため、ケース2の製造時において溶湯29が最後に到達する第1壁部3aに開口部4を形成していても、この開口部4の周囲に形成したシール面5が荒れることを抑制でき、開口部4のシール性を向上させることができる。すなわち、上記構成にすると、ケース2の製造時において、キャビティ空間Sのうち連結部6を成形するための部位S6(図8参照)が溶湯29のバイパスになるため、開口部4周辺の湯回りを向上させることが可能になる。そのため、開口部4周辺において溶湯29の圧力が局所的に高くなる箇所が生じにくくなり、ケース表面が荒れる部分が生じにくくなる。そのため、開口部4の周囲に形成したシール面5も荒れることを防止できる。これにより、シール性を高めることが可能となる。
ここで仮に、図15、図16に示すごとく、ケース92に連結部を形成しなかったとすると、溶湯929が金型97内のキャビティ空間S9に流れ込んだときに、溶湯929のバイパスとなる部分が存在しないため、溶湯929は、開口部94の周囲において二手に分かれることになる。そのため、開口部94の周囲において湯回りが悪くなり、溶湯929の圧力が局所的に高くなる部位が発生する。特に、ケース製造時に溶湯929が最終的に到達する部分(第1壁部)に開口部94を形成する場合は、開口部94の周囲において湯回りが悪くなるため、溶湯929の圧力が高くなる部位が生じやすい。溶湯929の圧力が局所的に高い箇所は、金型97が摩耗する等の理由により、ケース表面が荒れやすくなる。特に、シール面95のうち、溶湯929が金型97に直撃する部分951は、荒れやすくなる。
これに対して、本例のように連結部6を設ければ、図2、図8に示すごとく、金型7内の、連結部6を成形する空間S6が溶湯29のバイパスとなるため、湯回りが良好になる。そのため、溶湯29の圧力が局所的に高くなることを抑制でき、シール面5が荒れることを防止できる。特に、シール面5のうち、溶湯29が流れ込んでくる部分(第1流入部51)が荒れることを抑制できる。
また、本例では図1に示すごとく、連結部6に凹部60を形成してある。そのため図8に示すごとく、流れ込んだ溶湯29が、金型7の凹部形成部760に当たり、溶湯29の速度が減少する。そのため、シール面5のうち、上記第1流入部51に対してX方向に相対向する部分(第2流入部52)に、溶湯29が勢いよく衝突することを抑制できる。これにより、シール面5の上記第2流入部52が荒れることを防止できる。
また、図2に示すごとく、本例のケース2は複数の連結部6(6a,6b)を備える。そのため、ケース製造時に流れ込んだ溶湯29の湯回りがより良好になる。したがって、シール面5が荒れることをより効果的に抑制できる。
また、本例では図3に示すごとく、第3壁部3cに電源用挿入孔120と負荷用挿入孔130とを形成してある。これら2つの挿入孔120,130の間は、接続部27となっている。図2に示すごとく、開口部4をZ方向から見たときに、2つの連結部6は、Y方向において、接続部27の両端部271,272の間に位置している。
このようにすると、ケース2を製造するときに、溶湯29が接続部27を通って金型7(図8参照)に当たる箇所に、連結部6が設けられることになる。そのため、連結部6を設けることによる効果を得やすい。
また、本例では図9に示すごとく、2個の連結部6a,6bの間に、インターロック14のケース側部分141が配されている。2個の連結部6a,6bは、カバー20を取り付けるときに、インターロック14のカバー側部分142をケース側部分141に案内するためのガイドを兼ねている。
そのため、カバー側部分142をケース側部分141に容易に係合させることが可能となる。
また、図1、図4に示すごとく、本例では、開口部4の周囲に、Z方向に突出し開口部4を取り囲む環状リブ41を形成してある。そして、環状リブ41の先端部42に、シール面5を形成してある。
図8に示すごとく、環状リブ41には、ケース製造時に、他の部位よりも多くの溶湯29が溜まる。そのため、環状リブ41では溶湯29が冷えにくく、温度が高くなりやすい。したがって、仮に連結部6を形成しなかったとすると、金型7のうちシール面5を形成するための部位(シール面形成部75)も温度が上昇し、かつ溶湯29の圧力が高まるため、シール面形成部75が特に摩耗しやすくなる。そのため、シール面5が荒れやすくなる。しかしながら、本例のように連結部6を形成すれば、連結部6が溶湯29のバイパスとなり、圧力の上昇を低減できるため、金型7の摩耗を抑制できる。そのため、シール面5が荒れることを効果的に抑制できる。
また、本例の開口部4は、図2に示すごとく、Y方向における長さL1がX方向における長さL2よりも長い。そして、ケース製造時に、Y方向における開口部4の中央付近に、溶湯29が流入するよう構成してある。
仮に、連結部6を形成しなかったとすると、図16に示すごとく、溶湯929が反対方向に分かれ、その後、長い距離を移動する必要が生じる。そのため、湯回りが特に悪くなり、溶湯929が流入する箇所951において、シール面95が特に荒れやすくなる。したがって、本例のように連結部6を形成すれば、連結部6が溶湯29のバイパスとなるため、湯回りが良くなり、シール面5が荒れることを特に効果的に抑制することが可能になる。
また、図9、図10に示すごとく、本例の連結部6には、板状の補助連結部61が繋がっている。補助連結部61の主面は、Z方向に直交している。
補助連結部61を設けると、図9に示すごとく、Z方向から開口部4を見たときに、ケース内を視認できる面積を少なくすることができる。そのため、端子10,11を締結する作業を行うときに、ボルト17がケース内に落下したり、異物がケース内に入ったりする不具合を抑制しやすくなる。
以上のごとく、本例によれば、ケースの壁部に形成した開口部のシール性を高めることができる電力変換装置を提供することができる。
1 電力変換装置
10,11 端子
2 ケース
20 カバー
21 シール部材
29 溶湯
3a 第1壁部
3b 第2壁部
3c 第3壁部
4 開口部
5 シール面
6 連結部
7 金型
70 ゲート
S キャビティ空間

Claims (4)

  1. 外郭を構成するケース(2)と、
    外部機器に電気接続するために設けられ、上記ケース(2)内に収容された複数の端子(10,11)とを備え、
    上記ケース(2)は、互いに対向配置された第1壁部(3a)及び第2壁部(3b)と、これら第1壁部(3a)及び第2壁部(3b)を繋ぐ第3壁部(3c)とを備え、
    上記第1壁部(3a)には、上記複数の端子(10,11)に向かって開口した開口部(4)を形成してあり、該開口部(4)を塞ぐカバー(20)との間に配設されるシール部材(21)が密着するシール面(5)が、上記開口部(4)を取り囲むように形成され、
    上記ケース(2)はダイカストによって製造され、製造時に金型(7)内に圧入される溶湯(29)の通路となるゲート(70)が、上記金型(7)内のキャビティ空間(S)のうち上記第2壁部(3b)を成形する部位(S2)に連通するよう構成され、
    上記ケース(2)に、上記開口部(4)内を跨ぎ該開口部の内周面(40)に両端が連結した連結部(6)を形成してあることを特徴とする電力変換装置(1)。
  2. 上記開口部(4)内に、複数の上記連結部(6)を形成してあることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置(1)。
  3. 上記連結部の延出方向における上記第1壁部(3a)の一方側に上記第3壁部(3c)が設けられ、他方側には、上記ケース(2)の外側に解放したケース開口(22)が形成されており、上記連結部(6)のうち上記延出方向における上記ケース開口(22)側の部位には、ケース外側からケース内側に凹む凹部(60)が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電力変換装置(1)。
  4. 上記開口部(4)の周囲には、該開口部(4)の開口方向に突出し該開口部(4)を取り囲む環状リブ(41)が形成され、該環状リブ(41)の先端部(42)に上記シール面(5)を形成してあることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置(1)。
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