JP2017079547A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コネクタの本体部材を想定外の干渉から保護することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】信号端子62bは基板54からケース50の側壁80に形成された開口部81に向かって屈曲しており信号端子62bの一端は基板54に対して半田で固定されるとともに信号端子62bの他端は開口部81に向かって延設され、本体部材62aが開口部81から露出し、開口部81の周囲にはケース50の側壁80の面からケース50の外側に向かって突出する突出部70が設けられている。突出部70のケース50側面からの突出量L1は、コネクタ62の本体部材62aのケース50側面からの突出量L2よりも大きい。
【選択図】図7

Description

本発明は、電力変換装置に関するものである。
特許文献1に開示の車両電子制御ユニット用ケースにおいては、ケース本体の一側方の開口に電子制御ユニットのコネクタが収まっており、開口の上方に防水ひさしが上方に可動可能に配置されている。
特開2012−105494号公報
ところで、コネクタの信号端子(制御ピン)を基板にはんだ付けし、コネクタの本体部材をケースから露出させる場合、はんだ付け部分に応力がかかるのを抑制するためコネクタの本体部材はケースに対して固定されてない。一般的に、信号端子(制御ピン)は細くて変形しやすいため、コネクタの本体部材が想定外の干渉を受けると信号端子が大きく変形し、コネクタの本体部材の位置が大きくずれてしまう虞がある。
本発明の目的は、コネクタの本体部材を想定外の干渉から保護することができる電力変換装置を提供することにある。
請求項1に記載の発明では、ケースと、前記ケース内に配置された基板と、本体部材に複数の信号端子が支持され、前記信号端子が前記基板に電気的に接続されるコネクタと、を備える電力変換装置であって、前記信号端子は前記基板から前記ケースの側壁に形成された開口部に向かって屈曲しており前記信号端子の一端は前記基板に対して半田で固定されるとともに前記信号端子の他端は前記開口部に向かって延設され、前記本体部材が前記開口部から露出し、前記開口部の周囲には前記ケースの側壁の面から前記ケースの外側に向かって突出する突出部が設けられ、前記突出部のケース側面からの突出量は、前記コネクタの本体部材のケース側面からの突出量よりも大きいことを要旨とする。
請求項1に記載の発明によれば、本体部材が開口部から露出し、開口部の周囲にはケースの側壁の面からケースの外側に向かって突出する突出部が設けられ、突出部のケース側面からの突出量は、コネクタの本体部材のケース側面からの突出量よりも大きいので、コネクタの本体部材を想定外の干渉から保護することができる。
請求項2に記載のように、請求項1に記載の電力変換装置において、前記突出部は、前記コネクタの本体部材の上方および側方を覆っており、前記コネクタの本体部材の底面は、車体の面と対向しているとよい。
請求項3に記載のように、請求項1または2に記載の電力変換装置において、前記コネクタの本体部材は、前記ケースの外側に配置される第1の突部と前記ケースの内側に配置される第2の突部とを有し、前記ケースと前記第1の突部との間には第1の隙間があり、前記ケースと前記第2の突部との間には第2の隙間があるとよい。
このようにすると、コネクタの信号端子の大きな変形を抑制することができる。
本発明によれば、コネクタの本体部材を想定外の干渉から保護することができる。
実施形態における車載用充電器の斜視図。 ケースの分解斜視図。 一方のプレートを取り外した状態での車載用充電器の平面図。 一方のプレートおよび枠体を取り外した状態での車載用充電器の平面図。 車載用充電器の回路図。 車載用充電器の一部斜視図。 図3のA−A線に対応する部位での車載用充電器の一部断面図。 (a)は車載用充電器の一部分解正面図、(b)は車載用充電器の一部分解断面図。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図5に示すように、電力変換装置を構成する車載用充電器10は車載のバッテリ12を充電するための装置であり、例えば、乗用車の室内における座席の下に配置される。
車載用充電器10は、交流電源接続部11を介して外部の商用の交流電源に接続されるとともにバッテリ12に接続される。車載用充電器10は、AC入力部13と、力率改善回路(PFC回路)14と、コンバータ回路15と、充電電流・電圧検出部16と、高圧バッテリ側フィルタ部17とを備えている。そして、交流入力側(AC側)から、バッテリ12への高圧出力側(バッテリ高圧側)に対し、順に、AC入力部13、力率改善回路14、コンバータ回路15、充電電流・電圧検出部16、高圧バッテリ側フィルタ部17が接続されている。バッテリ12の電圧は交流電源の電圧(例えば、100V)より高い電圧である。
AC入力部13は、スイッチ18とコンデンサ19,20,21を有している。交流電源接続部11の端子11a,11bに例えば90〜264Vの交流電源電圧が入力される。交流電源接続部11の端子11a,11bにスイッチ18を介してコンデンサ19,20,21が接続されている。詳しくは、スイッチ18を閉路した状態において交流電源接続部11の端子11aとグランド間にコンデンサ19が接続されるとともに端子11bとグランド間にコンデンサ21が接続され、さらに端子11a,11b間にコンデンサ20が接続される。そして、交流電源接続部11の端子11a,11bからスイッチ18を介して交流電源電圧を入力し、入力した交流電源電圧におけるノイズ成分がコンデンサ19,20,21により低減される。
力率改善回路14は、AC入力部13の後段に設けられた昇圧チョッパ回路22と、ドライブ回路23とを備えている。入力した交流電源電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路22は、第1のHブリッジ回路24とコイル25,26とコンデンサ27と出力電圧検出回路(電圧センサ)28と電流センサ29とを備えている。第1のHブリッジ回路24は、4つのダイオードD1,D2,D3,D4と2つのスイッチング素子S1,S2からなり、各スイッチング素子S1,S2として絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ(IGBT)が使用されている。各スイッチング素子S1,S2のコレクタとエミッタ間には、ダイオードD2,D4が、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で逆並列に接続されている。
ダイオードD1はカソードが正側配線に接続され、アノードがスイッチング素子S1のコレクタに接続されている。スイッチング素子S1のエミッタは負側配線に接続され、ダイオードD1のアノードとスイッチング素子S1のコレクタとの中点がコイル25の第1端部に接続されている。ダイオードD3はカソードが正側配線に接続され、アノードがスイッチング素子S2のコレクタに接続されている。スイッチング素子S2のエミッタは負側配線に接続され、ダイオードD3のアノードとスイッチング素子S2のコレクタとの中点がコイル26の第1端部に接続されている。コイル25の第2端子が電流センサ29を介してAC入力部13における正側配線(電源接続部11の端子11a側)と接続されている。コイル26の第2端子がAC入力部13における負側配線(電源接続部11の端子11b側)と接続されている。電流センサ29は入力する交流電源電流値を検出する。コンデンサ27は第1のHブリッジ回路24の出力側の正側配線と負側配線との間に接続されている。出力電圧検出回路28はコンデンサ27の両端電圧、即ち、力率改善回路14(Hブリッジ回路24)の出力電圧VHを検出する。
ドライブ回路23はスイッチング素子S1,S2のゲートと接続され、ドライブ回路23はスイッチング素子S1,S2をデューティ制御、即ち、一定周期中のオン時間を調整して入力される交流電圧を直流電圧に変換する。また、ドライブ回路23には出力電圧検出回路28および電流センサ29が接続され、出力電圧検出回路28による検出電圧値および電流センサ29による検出電流値がドライブ回路23に取り込まれる。
コンバータ回路15は、力率改善回路14の後段に設けられた絶縁形DC−DCコンバータ30と、絶縁形DC−DCコンバータ用ドライブ回路31とを有している。絶縁形DC−DCコンバータ30は、トランス32と、トランス32の一次側回路を構成する第2のHブリッジ回路33と、トランス32の二次側回路を構成する整流回路34とを有している。
第2のHブリッジ回路33は、4つのスイッチング素子S3,S4,S5,S6と4つのダイオードD5,D6,D7,D8からなり、各スイッチング素子S3〜S6として絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ(IGBT)が使用されている。各スイッチング素子S3〜S6のコレクタとエミッタ間には、ダイオードD5,D6,D7,D8が、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で逆並列に接続されている。スイッチング素子S3は、コレクタが正側配線に接続され、エミッタがスイッチング素子S4のコレクタに接続されている。スイッチング素子S4のエミッタは負側配線に接続され、スイッチング素子S3のエミッタとスイッチング素子S4のコレクタとの中点がトランス32の一次巻線32aの第1端部に接続されている。スイッチング素子S5は、コレクタが正側配線に接続され、エミッタがスイッチング素子S6のコレクタに接続されている。スイッチング素子S6のエミッタは負側配線に接続され、スイッチング素子S5のエミッタとスイッチング素子S6のコレクタとの中点がトランス32の一次巻線32aの第2端部に接続されている。
整流回路34はHブリッジ回路により構成され、4つのダイオードD9,D10,D11,D12からなる。ダイオードD11はカソードが正側配線に接続され、アノードがダイオードD12のカソードに接続されている。ダイオードD12のアノードは負側配線に接続され、ダイオードD11のアノードとダイオードD12のカソードとの中点がトランス32の二次巻線32bの第1端子に接続されている。ダイオードD9はカソードが正側配線に接続され、アノードがダイオードD10のカソードに接続されている。ダイオードD10のアノードは負側配線に接続され、ダイオードD9のアノードとダイオードD10のカソードとの中点がトランス32の二次巻線32bの第2端子に接続されている。
絶縁形DC−DCコンバータ用ドライブ回路31はスイッチング素子S3,S4,S5,S6のゲートと接続されている。また、絶縁形DC−DCコンバータ用ドライブ回路31には出力電圧検出回路28の検出信号が取り込まれる。絶縁形DC−DCコンバータ用ドライブ回路31はスイッチング素子S3,S4,S5,S6をオン・オフ制御するとともにその周波数も変更することができるようになっている。
充電電流・電圧検出部16は、整流回路34の後段に設けられ、バッテリ電圧検出回路35と電流センサ36を備えている。バッテリ電圧検出回路35は整流回路(Hブリッジ回路)34の出力電圧である正側配線と負側配線の間の電圧を検出する。電流センサ36は整流回路(Hブリッジ回路)34の出力側の負側配線に流れる電流を検出する。電流センサ36の検出信号及びバッテリ電圧検出回路35の検出信号は絶縁素子(図示略)を介してドライブ回路23に取り込まれる。
高圧バッテリ側フィルタ部17は、コイル37,38とコンデンサ39,40,41,42,43,44,45を備えている。コンデンサ39が整流回路(Hブリッジ回路)34の出力側の正側配線と負側配線との間に接続されている。コイル37はコンデンサ39の正側端子と整流回路34のダイオードD9,D11のカソードとの間に接続されている。バッテリ12とコンデンサ39との間においてコモンモードチョークコイル38が接続されている。コモンモードチョークコイル38とコンデンサ39との間においてコンデンサ40が正側配線・グランド間に、コンデンサ41が正側配線・負側配線間に、コンデンサ42が負側配線・グランド間に接続されている。コモンモードチョークコイル38とバッテリ12との間においてコンデンサ45が正側配線・グランド間に、コンデンサ43が正側配線・負側配線間に、コンデンサ44が負側配線・グランド間に接続されている。この高圧バッテリ側フィルタ部17により絶縁形DC−DCコンバータ30でのスイッチング素子S3〜S6のスイッチング周波数の変化に伴う電圧の変動の影響がバッテリ12側に出ないようにすることができる。
ここで、絶縁形DC−DCコンバータ30のトランス32の二次側回路として、整流回路34、充電電流・電圧検出部16、高圧バッテリ側フィルタ部17が接続され、これらは、トランス32の二次側出力により二次電池であるバッテリ12を充電するための回路であって出力電圧が可変である。そして、充電当初は出力電圧が例えば160Vであり、その後充電に伴い出力電圧が例えば300Vにまで上昇される。
なお、バッテリ12には車両の走行に必要な図示しない負荷(走行用モータ、補機)が接続されており、負荷で電力が消費されるようになっている。
以下、具体的構造について説明する。
図1に示すように、車載用充電器10はケース50を備えている。ケース50は、図2に示すように、上下が開口する四角枠状の枠体51と、四角板状のプレート52と、四角板状のプレート53よりなる。枠体51およびプレート52は、アルミダイカスト製である。プレート53は、鉄製である。四角枠状の枠体51における上面開口部はプレート52で塞がれる。四角枠状の枠体51における下面開口部はプレート53で塞がれる。
組み付け時には、プレート52の上に枠体51を配置した後に枠体51の上にプレート53を配置する。
図2に示すように、12本のねじSc1が、プレート53および枠体51を貫通してプレート52に螺入されることにより、枠体51、プレート53、プレート52が締結固定される。ケース50の内部には、第1基板54、第2基板55、第3基板56が配置されている。各基板54,55,56には部品(図示略)が搭載されている。第1基板54は枠体51に、ねじSc2(図3参照)により固定されている。第2基板55は枠体51に、ねじSc3(図3参照)により固定されている。第3基板56はプレート52に、ねじSc4(図4参照)により固定されている。
図4に示すように、ケース50の内部には、図5のコンバータ回路15を構成する半導体モジュール57および磁性部材58が配置されている。磁性部材58は、図5のトランス32であり、半導体モジュール57は、図5のトランス32以外のコンバータ回路15の構成部品である。半導体モジュール57および磁性部材58は、プレート52(図4参照)に隣り合って配置されている。半導体モジュール57と磁性部材58とはバスバー等により電気的に接続されている。
図1,3に示すように、四角枠状の枠体51における左側の側壁には、電力出力ライン(DC出力ライン)用の第1コネクタ60および電力入力ライン(AC入力ライン)用の第2コネクタ61が設けられている。図3に示すように、第1コネクタ60は、有底四角筒状の樹脂製の本体部材60aと、本体部材60aの筒部内を延び底部を貫通する状態で支持された複数本(2本)の端子60bからなる。端子60bはバスバー(金属製の帯板)よりなる。第1コネクタ60の本体部材60aが、ねじSc5により枠体51に固定されている。第1コネクタ60の端子60bは、ねじSc6により第2基板55に電気的に接続されている。第2コネクタ61は、有底四角筒状の樹脂製の本体部材61aと、本体部材61aの筒部内を延び底部を貫通する状態で支持された複数本(2本)の端子61bからなる。端子61bはバスバー(金属製の帯板)よりなる。第2コネクタ61の本体部材61aが、ねじSc7により枠体51に固定されている。第2コネクタ61の端子61bは、ねじSc8により第3基板56に電気的に接続されている。
図3に示すように、四角枠状の枠体51における前側の側壁80にはコネクタ用開口部81が形成され、開口部81には、信号ライン(通信ライン)用の第3コネクタ62が設けられている。図7に示すように、第3コネクタ62は、有底四角筒状の樹脂製の本体部材62aと、本体部材62aの筒部内を延び底部を貫通する状態で支持された複数本の信号端子62bからなる。信号端子62bは断面円形のピン(制御ピン)よりなる。信号端子62bは第1基板54に、はんだ付けにより接合されている。つまり、コネクタ62は基板54に直接接続されている(オンボードコネクタとなっている)。
第3コネクタ62には相手方のコネクタが嵌合され、相手方のコネクタから延びるケーブルには車載電子制御ユニット(車載ECU)が接続される。このようにして、第3コネクタ62を用いて、図5のドライブ回路23,31およびバッテリ電圧検出回路35と、車載ECUとが接続される。
第1基板54と第2基板55とはハーネス等により電気的に接続されている。また、第1基板54と第3基板56とはハーネス等により電気的に接続されている。さらに、第1基板54と半導体モジュール57とはハーネス等により電気的に接続されている。
このように、電力変換装置を構成する車載用充電器10は、ケース50と、ケース50内に配置された基板54と、本体部材62aに複数の信号端子62bが支持され、信号端子62bが基板54に電気的に接続されるコネクタ62と、を備える。
図7に示すように、コネクタ62は、信号端子62bが基板54にはんだ付けされるとともに本体部材62aがケース50の側壁80に形成された開口部81に配置されている。信号端子62bは、基板54からケース50の側壁80に形成された開口部81に向かって屈曲している。信号端子62bの一端は基板54に対して半田で固定されるとともに信号端子62bの他端は開口部81に向かって延設されている。
図6,7および図8(a),(b)に示すように、ケース50の側壁80における開口部81の周囲にはケース50の外部に突出してコネクタ62の本体部材62aを覆う突出部(鍔)70が設けられている。即ち、本体部材62aが開口部81から露出し、開口部81の周囲にはケース50の側壁80の面からケース50の外側に向かって突出する突出部70が設けられている。突出部70は、図8(a)に示すようにコ字状をなし、図6に示すように、コネクタ62の本体部材62aの上方および左右の側方を覆っている。コネクタ62の本体部材62aの底面は、車体の面75(図7参照)と対向している。
図7に示すように、突出部70のケース側面からの突出量L1は、コネクタ62の本体部材62aのケース側面からの突出量L2よりも大きくなっている。
図8(a),(b)に示すように、コネクタ62の本体部材62aは、軸方向(前後方向Y)に対し直交する方向(左右方向Xおよび上下方向Z)に突出する第1の突部65と第2の突部66とを有する。突起65,66は、図8(b)に示すように、コネクタ62の本体部材62aの軸方向(前後方向Y)において一定の間隔を保持した状態で離間している。図8(a)に示すように、突起65,66は本体部材62aの全周にわたり形成されている。また、図8(b)に示すように、突起65,66は上下方向Zにおいて上側に比べ下側が前方(ケース外方)となるように屈曲形成されている。
図8(b)に示すように、第1の突部65と第2の突部66との間には隙間AG1,AG2が形成されている。そして、図7に示すように、隙間AG1,AG2にはケース50の側壁80が配置される。つまり、図8(a),(b)における上側の隙間AG1には枠体51が、枠体51に形成された切欠き82にコネクタ62の本体部材62aが位置するように配置され、図8(a),(b)における下側の隙間AG2にはプレート53が、プレート53に形成された切欠き83にコネクタ62の本体部材62aが位置するように配置される。
よって、コネクタ62の本体部材62aは、ケース50の外側に配置される第1の突部65とケース50の内側に配置される第2の突部66とを有し、ケース50と第1の突部65との間には第1の隙間AG11があり、ケース50と第2の突部66との間には第2の隙間AG12がある。
次に、作用について説明する。
図6に示すように、ケース50の側壁80における開口部81の周囲には、ケース50の外部に突出する突出部70を設けられている。
ここで、突出部70が無い状態ではケース50の外表面から本体部材62aが突出している。そのため、本体部材62aはハンドリング時における想定外の干渉を受けやすい。
本実施形態においては、枠体51から突出部70がコネクタ62の外形より外側に突出することにより、ハンドリング時における想定外の干渉(ぶつけ)に対して、本体部材62aを保護することができる。
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)電力変換装置を構成する車載用充電器10は、ケース50と、ケース50内に配置された基板54と、本体部材62aに複数の信号端子62bが支持され、信号端子62bが基板54に電気的に接続されるコネクタ62と、を備える。信号端子62bは基板54からケース50の側壁80に形成された開口部81に向かって屈曲しており信号端子62bの一端は基板54に対して半田で固定されるとともに信号端子62bの他端は開口部81に向かって延設され、本体部材62aが開口部81から露出し、開口部81の周囲にはケース50の側壁80の面からケース50の外側に向かって突出する突出部70が設けられている。このとき、本体部材62aはケース50に対して固定されていない。本体部材62aが開口部81から露出し、開口部81の周囲にはケース50の外部に突出する突出部70が設けられている。突出部70のケース50側面からの突出量L1は、コネクタ62の本体部材62aのケース50側面からの突出量L2よりも大きい。よって、コネクタ62の本体部材62aが想定外の干渉を受けることを抑制できる(本体部材62aを想定外の干渉から保護することができる)。
(2)突出部70は、コネクタ62の本体部材62aの上方および側方を覆っており、コネクタ62の本体部材62aの底面は、車体の面75と対向している。よって、底面側に突出部を設ける必要がない。
(3)コネクタ62の本体部材62aは、ケース50の外側に配置される第1の突部65とケース50の内側に配置される第2の突部66とを有し、ケース50と第1の突部65との間には第1の隙間AG11があり、ケース50と第2の突部66との間には第2の隙間AG12がある。よって、仮に本体部材62aが想定外の干渉を受けたとしても、コネクタ62の信号端子62bの大きな変形を抑制することができる。信号端子62bの大きな変形を抑制できると、本体部材62aが干渉を吸収する。このため、信号端子62bが半田付けされている基板が干渉を受けることを抑制できる。その結果、コネクタ62の交換だけで済ませることができる。
(4)突出部70を設けることにより、図6に示すように水Wに対しコネクタ62の被水防止が可能となる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・突出部70は少なくとも上方および両方の側面にあればよい。
10…車載用充電器、50…ケース、54…基板、62…コネクタ、62a…本体部材、62b…信号端子、65…第1の突部、66…第2の突部、70…突出部、75…面、80…側壁、AG11…第1の隙間、AG12…第2の隙間、L1…突出量、L2…突出量。

Claims (3)

  1. ケースと、
    前記ケース内に配置された基板と、
    本体部材に複数の信号端子が支持され、前記信号端子が前記基板に電気的に接続されるコネクタと、
    を備える電力変換装置であって、
    前記信号端子は前記基板から前記ケースの側壁に形成された開口部に向かって屈曲しており前記信号端子の一端は前記基板に対して半田で固定されるとともに前記信号端子の他端は前記開口部に向かって延設され、
    前記本体部材が前記開口部から露出し、
    前記開口部の周囲には前記ケースの側壁の面から前記ケースの外側に向かって突出する突出部が設けられ、
    前記突出部のケース側面からの突出量は、前記コネクタの本体部材のケース側面からの突出量よりも大きいことを特徴とする電力変換装置。
  2. 前記突出部は、前記コネクタの本体部材の上方および側方を覆っており、
    前記コネクタの本体部材の底面は、車体の面と対向していることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
  3. 前記コネクタの本体部材は、前記ケースの外側に配置される第1の突部と前記ケースの内側に配置される第2の突部とを有し、
    前記ケースと前記第1の突部との間には第1の隙間があり、
    前記ケースと前記第2の突部との間には第2の隙間がある
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
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