JP2015115988A - 車載用の電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】車載用の電気機器の構造を簡略化する技術を提供する。
【解決手段】
電気機器は、電気機器を構成する電気部品を収容すると共に、第１の開口及び第２の開口を有する収容ケースを備えている。その電気機器は、第１の開口を塞ぐと共に、貫通孔を有する第１カバーと、第２の開口を塞ぐと共に、第１カバーの貫通孔と重なる位置に貫通孔を有する第２カバーとを備えている。また、第１及び第２カバーの貫通孔に挿通されたボルトが螺合する位置に、ボルト挿通方向に所定距離だけ移動可能に導電性のナットが取り付けられている。さらに、ナットの移動空間に属する第１接点部材と第２接点部材が互いに離間して配置されている。第１及び第２カバーの挿通孔に挿通されたボルトがナットに螺合し、ナットが所定距離だけ移動するとナットが第１接点部材と第２接点部材の両方に接して前記第１接点部材と前記第２接点部材が導通し、電気部品が外部のバッテリと導通する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載用の電気機器に関する。典型的には、電動車両の走行用モータに電力を供給する電気機器に関する。本明細書において電動車両とは、走行用のモータを備えるがエンジンは備えない電気自動車、燃料電池車、及び、モータとエンジンの双方を搭載するハイブリッド車を含む。

電気自動車やハイブリッド自動車では、バッテリから供給される高電圧の電力をインバータユニットを介して走行用モータに供給する。通常、インバータユニットは、雨水やほこりからの保護等の為にケースに覆われている。ところが、インバータユニットのメンテナンスを行う際には、作業者はケースの内部にある電気部品に触れる必要がある。従って、このような場合に作業者の高電圧からの安全性を確保することが必要である。特許文献１のインバータユニットは、２つのコネクタポートを有している。このインバータユニットのケースは、これらのコネクタポートが位置する場所にそれぞれ開口を有している。これら２つの開口は、インバータユニットの使用時には、それぞれ保護カバー（蓋）で閉じられる。これらの保護カバーは、それぞれ、インターロックピンを有している。また、上記のコネクタポートは、それぞれインターロックコネクタを有している。保護カバーを閉じるとインターロックピンがインターロックコネクタに挿入され、バッテリからインバータユニットに電力が供給され得る状態となる。一方、メンテナンスの際等に保護カバーを開くと、インターロックコネクタからインターロックピンがはずれ、電力が供給されない状態となる。これにより、メンテナンス時の作業者の安全性が確保される。特許文献２−４にも、同様のインターロック機構を備えた電気機器が開示されている。

特開２０１１‐１６６９９３号公報 特開２０１０‐２４６３２１号公報 特開２０１２‐２３６４５０号公報 特開２０１３‐０６６３３７号公報

特許文献１のインバータユニットでは、保護カバーの開閉状態を検出するための機構（インターロックピンとインターロックコネクタ）を、２つの保護カバーのそれぞれに備えている。このため、インバータユニットの構造が複雑化する。

本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書は、電動車両用の電気機器の構造（インターロックのための構造）を簡略化する技術を提供する。

本明細書が開示する電気機器は、電動車両用である。その電気機器は、電気機器を構成する電気部品を収容すると共に、第１の開口及び第２の開口を有する収容ケースを備えている。その電気機器は、第１の開口を塞ぐと共に、貫通孔を有する第１カバーと、第２の開口を塞ぐと共に、第１カバーの貫通孔と重なる位置に貫通孔を有する第２カバーとを備えている。さらに、第１及び第２カバーの貫通孔に挿通されたボルトが螺合する位置に配置されている導電性のナットと、第１及び第２接点部材とスイッチ回路を備えている、ナットは、ボルト挿通方向に所定距離だけ移動可能に取り付けられている。ナットは、所定距離以上は移動できない。即ち、第１及び第２カバーの挿通孔に挿通されたボルトはナットに螺合し、ボルトを回転させるとナットは上記の所定距離までは移動するが、移動範囲の限界に達したら、ボルトを締め付け、ボルトを固定する。

第１及び第２接点部材は、ナットが移動する空間に少なくとも一部が属するように配置されているとともに互いに離間して配置されている。なお、第１及び第２接点部材が、上記したナットの移動限界を規定する。

スイッチ回路は、第１接点部材と第２接点部材の間が非導通状態のときには電気部品を外部のバッテリから電気的に遮断し、第１接点部材と第２接点部材が導通すると電気部品をバッテリと導通させる。そして、第１及び第２カバーの挿通孔に挿通されたボルトがナットに螺合し、ボルトが回転してナットが所定距離だけ移動すると第１及び第２接点部材の両方に接してそれらが導通し、スイッチ回路が作動して電気部品が外部のバッテリと電気的に導通する。なお、スイッチ回路は、最も単純には、電気部品の電力入力用のケーブルを第１接点部材に接続し、外部バッテリから伸びる電力供給ケーブルを第２接点部材に接続する回路でよい。あるいは、スイッチ回路は、電気部品と外部のバッテリの導電経路に挿入されたノーマルオープンの電磁リレーであってもよい。そして、その電磁リレーのコイルへの電力供給経路に上記第１及び第２接点部材がスイッチとして挿入されている形態であってもよい。いずれにしても、ボルトが締結されない間は、電気部品は外部バッテリから遮断されて作動することができず、第１及び第２カバーが閉じられ、それらを固定するボルトが締結されるとスイッチ回路が作動し、電気部品が外部のバッテリと電気的に接続される。

なお、電気部品には固有のメインスイッチが備えられていてもよいし、外部の別のコントローラからの指令信号により起動するものであってもよい。ただし、上記の構造によってスイッチ回路が電気部品をバッテリから電気的に切り離している間は、他のいかなる回路の信号であっても電気部品にバッテリの電力を供給することはできない。

上記の電気機器では、カバーの開閉を検出する機構を第１カバーと第２カバーの両方に設ける場合と比較して、電気機器の構造を簡略化することができる。

また、上記の電気機器では、カバーを収納ケースに固定するためのボルトを利用してカバーの開閉（脱着）を検出するので、カバーの開閉を検出するための専用の部品を設ける場合と比較して、構成部品を削減することができる。このことによって、さらに電気機器の構造を簡略化することができる。

実施例のインバータ２（ボルト８が締結された状態）の断面図である。 実施例のインバータ２（ボルト８が締結されていない状態）の断面図である。 実施例のインバータ２を図１の矢印IIIの方向から見た平面図である。 実施例のインバータ２の図１のIＶ−IＶにおける断面図である。

図１〜図４を用いて、本実施例の車載電気機器を説明する。本実施例の車載電気器は、電気自動車に搭載されるインバータ２である。インバータ２は、バッテリ２３（図１）から電力を供給されて、電気自動車の走行用モータ（不図示）に電力を供給する。詳しくは、インバータ２は、電気自動車のフロント側の駆動輪を駆動するフロント走行モータと、リア側の駆動輪を駆動するリア走行モータとに電力を供給する。このため、インバータ２は、フロント走行モータ用の配線が接続されるフロント用出力ポート（不図示）と、リア走行モータ用の配線が接続されるリア用出力ポート（不図示）との２つの出力ポートを備えている。２つの出力ポートについては後述する。

インバータ２は、ケース３と、ケース３に収容された電気部品２２とを有している。本明細書において、電気部品２２とは、インバータ２の機能を実現するための各種の構成要素の総体を意味している。各種の構成要素とは、例えば、スイッチング素子、ダイオード、コンデンサ等の電子部品、あるいはバスバ等の導電部品等である。なお、図１、図２では、説明を簡潔にするために電気部品２２を簡略化して示している。バッテリ２３（図１）と、電気部品２２とは、配線２４（２４ａ、２４ｂ）で接続されている。ケース３は、略直方体であり容器状である。ケース３の図１上面には開口１６と開口１７とが設けられている（図３参照）。開口１６と開口１７とはそれぞれ、上述の２つの出力ポートの位置に設けられている。インバータ２の整備等を行う作業者は、開口１６と開口１７とを通じて、これら２つの出力ポートのそれぞれに触れて作業することができる。

インバータ２は、開口１６を塞ぐカバー４と、開口１７を塞ぐカバー５とを有している。ケース３の図１上面における開口１７の周囲の部分には段差部３ａが設けられており、他の部分よりも高くなっている。このため、開口１７を塞ぐカバー５は、開口１６を塞ぐカバー４に対して、図１上方向にオフセットした位置に取り付けられる。なお、ケース３とカバー４との間、及びケース３とカバー５との間は、それぞれシール部材１８によって封止される。カバー４は貫通孔４ａ、４ｂを有し、カバー５は貫通孔５ａ、５ｂを有している。カバー４、５がケース３に取り付けられた状態では、カバー４の一部とカバー５の一部が重なっており、カバー４の貫通孔４ａとカバー５の貫通孔５ａとが重なっている。カバー４とカバー５とは、以下に説明するようにボルト８、９、１０によってケース３に固定される。

ボルト８は、カバー４の貫通孔４ａと、カバー５の貫通孔５ａと、ケース３の図１上側の壁に形成された貫通孔３ｃと、を貫通するように挿入される。なお、ケース３の図１上側の壁における内側の面には、接点部材１１及び接点部材１２が設けられている。詳しくは、接点部材１１及び接点部材１２は、貫通孔３ｃに隣接する位置に設けられている。なお、接点部材１１及び接点部材１２は、後述するインターロック機構２５の構成部品である。また、インバータ２は、ナット７を備えている。ナット７は導電性を有する材料で形成されている。ナット７は支持部材６によって、回転不能かつ軸方向に所定距離だけ移動可能に支持されている。詳しくは、図４に示すように、ナット７の外周面が、支持部材６の内周面に嵌合している。

接点部材１１及び接点部材１２は、夫々、その一部が、ナット７の移動空間に属している。但し、接点部材１１と接点部材１２は、互いに離間して配置されている。ボルト８が挿入されていない状態では、ナット７は重力によって支持部材６の内部空間の底側に位置するため、ナット７と、接点部材１１及び接点部材１２とは当接していない。ボルト８を貫通孔４ａ、５ａ、３ｃに挿入すると共に、ナット７に螺合させて回転させると、ナット７は図１上方向に移動する。前述したように、接点部材１１と接点部材１２は夫々、その一部がナット７の移動空間に属しており、ボルト８の回転によってナット７が所定位置まで上方向に移動すると、ナット７が接点部材１１及び接点部材１２の両方に当接する。接点部材１１及び接点部材１２の両方に当接したナット７は、それ以上は移動できなくなる。即ち、接点部材１１及び接点部材１２が、ボルト８を締め付け方向に回転させたときのナット７の移動限界を規定する。

ケース３には、カバー４の貫通孔４ｂが位置する場所にメネジ３ｄが形成されており、カバー５の貫通孔５ｂが位置する場所にメネジ３ｅが形成されている。ボルト９は、カバー４の貫通孔４ｂに挿入されると共にメネジ３ｄに螺合する。ボルト１０は、カバー５の貫通孔５ｂに挿入されると共にメネジ３ｅに螺合する。以上説明したように、カバー４とカバー５とは、ボルト８、９、１０によってケース３の上面に固定され、開口１６と、開口１７とを塞ぐ。

以下に、本実施例のインバータ２が備えるインターロック機構２５について説明する。上述したように、本実施例のインバータ２では、ボルト８は、カバー４とカバー５との両方の固定に用いられる。このため、ボルト８が締結されている場合には、カバー４とカバー５の両方が閉まっている状態であると推定される。一方、ボルト８が締結されていない場合（緩められている場合）には、カバー４とカバー５の両方が閉まっている状態ではないと推定される。つまり、カバー４とカバー５のいずれか一方又は両方が取り付けられていない状態や、カバー４、５が取り付けられているがボルト８、９、１０の締め付けが不十分な状態であると推定される。従って、ボルト８が締結されていない場合には、作業者の安全を確保するために、インバータ２に電力を供給しないことが望ましい。このため、インターロック機構２５は、ボルト８が締結された状態か、締結されていない状態かを検知し、ボルト８が締結されているときには、バッテリ２３から電気部品２２に電力が供給される状態とする一方、ボルト８が締結されていないときには、バッテリ２３から電気部品２２に電力が供給されない状態とする。

本実施例のインターロック機構２５は、ナット７、接点部材１１、１２、スイッチ回路１５、スイッチ回路１５と接点部材１１との間を接続する配線１３、スイッチ回路１５と接点部材１２との間を接続する配線１４、リレースイッチ２１、によって構成される。インターロック機構２５では、スイッチ回路１５、配線１３、接点部材１１、ナット７、接点部材１２、配線１４が順に結ばれて回路２０が形成されている。

カバー４、５が閉じられてボルト８が締結されると、先に述べたように、導電性を有するナット７が移動し、接点部材１１と接点部材１２の両方に当接する（図１の状態）。つまり、上述した回路２０に電流が流れる状態（導通状態）となる。一方、ボルト８が緩められると（図２の状態）、ナット７が接点部材１１及び接点部材１２から離れる。つまり、上述した回路２０に電流が流れない状態（非導通状態）となる。

リレースイッチ２１は、上述したバッテリ２３と電気部品２２との間を接続する配線２４に設けられている。リレースイッチ２１は、スイッチ回路１５から出力される信号を受けることにより作動する。リレースイッチ２１は、バッテリ２３と電気部品２２との間の配線２４を、導通状態と非導通状態との間で切り替える。

スイッチ回路１５は、上記の回路２０が導通状態であるか、非導通状態であるかを検知する。換言すると、スイッチ回路１５は、接点部材１１と接点部材１２が導通したか否かを検知する。スイッチ回路１５は、上記の回路２０が導通状態であるときには、リレースイッチ２１を閉状態（導通状態）とする。つまり、電気部品２２をバッテリ２３と導通させる。一方、スイッチ回路１５は、上記の回路２０が非導通状態であるときには、即ち、接点部材１１と接点部材１２が非導通のときには、リレースイッチ２１を開状態（非導通状態）とする。つまり、電気部品２２をバッテリ２３から電気的に遮断する。

本実施例のインバータ２では、カバー４とカバー５の両方を閉じて、カバー４の貫通孔４ａとカバー５の貫通孔５ａとの両方を貫通してボルト８を挿入し、ボルト８を締結したときに電気部品２２がバッテリ２３と電気的に接続される。一方、ボルト８が緩められたときには、電気部品２２をバッテリ２３から電気的に遮断する。すなわち、本実施例のインバータ２では、一か所に設けられたボルト８が締結されているか否かによって、カバー４とカバー５の両方が閉まっている状態か、そうでないかを検出することができる。つまり、本実施例のインバータ２では、カバーの開閉を検出する機構をカバー４とカバー５の両方に設ける場合と比較して、インバータ２の構造を簡略化することができる。

また、本実施例のインバータ２では、カバー４、５をケース３に固定するためのボルト８とナット７を利用してカバー４、５の開閉を検出する。このため、カバー４、５の開閉を検出するための専用の部品（例えばピンと、ピンが挿入されるコネクタ等）を設ける場合と比較して、インバータ２の構成部品を削減することができる。このことによって、さらにインバータ２の構造を簡略化することができる。

上記のインターロック機構２５は、次のとおり表現することもできる。インターロック機構２５は、ボルト８が締結されている間はインバータ２の内部の電気部品２２を外部のバッテリ２３に電気的に接続する。インターロック機構２５は、ボルト８が締結されていない間は電気部品２２をバッテリ２３から電気的に遮断する。そして、インターロック機構２５の具体的構成は、次のとおり表現することもできる。即ち、ボルト８の締結箇所に、互いに離間して配置されている第１接点部材（接点部材１１）と第２接点部材（接点部材１２）が配置されている。インターロック機構２５は、第１接点部材と第２接点部材が導通するとバッテリ２３と電気部品２２を電気的に接続し、第１接点部材と第２接点部材が非導通のときには電気部品２２をバッテリ２３から電気的に遮断する。そして、ボルト８に螺合する導電性のナット７がボルト挿通方向に所定の距離だけ移動可能にケース３に配置されている。ナット７がボルト８に螺合し、ボルト８の回転によってナット７が移動し、ボルト８の締結完了に対応する位置にナット７が移動すると、ナット７が第１接点部材と第２接点部材とに共に接触する。その結果、第１接点部材と第２接点部材が導通し、電気部品２２とバッテリ２３が導通する。

スイッチ回路１５とリレースイッチ２１は、典型的には、ノーマルオープンの電磁式リレーで構成することができる。電磁リレーは独自の電源（電池）を有しており、接点部材１１と接点部材１２が導通するとノーマルオープンの電磁リレーが閉じて電気部品２２とバッテリ２３が電気的に接続される。接点部材１１と接点部材１２が離間している間は、電磁リレーが開放状態（オープン状態）となり、電気部品２２がバッテリ２３から遮断される。

インターロック機構２５の変形例を説明する。上記のインターロック機構２５では、スイッチ回路１５とリレースイッチ２１を備えていた。それらのデバイスに代えて、電気部品２２に通じている配線２４ａを接点部材１２に接続し、バッテリ２３に通じている配線２４ｂを接点部材１１に接続してもよい。そのような単純な結線をスイッチ回路と称してもよい。ナット７が接点部材１１と接点部材１２の双方に接すると、配線２４ａと２４ｂ、即ち、電気部品２２とバッテリ２３が導通する。

上記の説明では、本明細書に開示する技術をインバータ２に適用する例について示した。しかしながら、本明細書に開示する技術は、電気自動車の走行用モータに電力を供給する他の機器（例えば昇圧コンバータ等）にも適用できる。さらに、本明細書が開示する技術は、走行用のモータを備えない、いわゆるエンジン車の車載機器に適用することも好適である。また、上記の説明では、開口１６と開口１７とは、出力ポートの位置に設けられた開口であった。しかしながら、開口１６と開口１７とは他の位置に設けられた開口であってもよい。

接点部材１と１２が夫々第１接点部材と第２接点部材の一例に相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：インバータ
３：ケース
３ｃ：貫通孔
４、５：カバー
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ：貫通孔
７：ナット
８、９、１０：ボルト
１１、１２：接点部材
１３、１４、２４：配線
１５：スイッチ回路
１６、１７：開口
２０：回路
２１：リレースイッチ
２２：電気部品
２３：バッテリ
２４（２４ａ、２４ｂ）：配線
２５：インターロック機構

Claims (1)

1. 車載用の電気機器であって、
   前記電気機器を構成する電気部品を収容すると共に、第１の開口及び第２の開口を有する収容ケースと、
   前記第１の開口を塞ぐと共に、ボルト挿通用の貫通孔を有する第１カバーと、
   前記第２の開口を塞ぐと共に、前記第１カバーの貫通孔と重なる位置にボルト挿通用の貫通孔を有する第２カバーと、
   前記第１カバーの貫通孔と前記第２カバーの貫通孔に挿通されたボルトが螺合する位置に配置されており、ボルト挿通方向に所定距離だけ移動可能に取り付けられている導電性のナットと、
   前記ナットが移動する空間に少なくとも一部が属する第１接点部材と第２接点部材であって互いに離間して配置されている第１接点部材と第２接点部材と、
   前記第１接点部材と前記第２接点部材の間が非導通状態のときには前記電気部品を外部のバッテリから電気的に遮断し、前記第１接点部材と前記第２接点部材が導通すると前記電気部品を前記バッテリと導通させるスイッチ回路と、
   を備えており、
   前記第１カバーと前記第２カバーの挿通孔に挿通されたボルトが前記ナットに螺合し、ボルトの回転によって前記ナットが所定距離だけ移動すると前記ナットが前記第１接点部材と前記第２接点部材の両方に接して前記第１接点部材と前記第２接点部材が導通することを特徴とする車載用の電気機器。

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