JP2018102030A

JP2018102030A - 電気回路装置

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Publication number: JP2018102030A
Application number: JP2016245485A
Authority: JP
Inventors: 敬史小倉; Takashi Ogura; 陽成原; Akinari Hara
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2036-12-19
Also published as: JP6634005B2

Abstract

【課題】感電防止のためのインターロック回路のショート故障の発生を抑制し、誤検知による感電を防止可能な信頼性の高い電気回路装置を提供する。【解決手段】電気回路部品を収納する筐体と、前記筐体に取り付けられるカバーと、前記筐体と前記カバーとの間に形成される空間に配置される第１端子、第２端子及び第３端子と、前記第１端子と前記第２端子との間に電気的に接続される第１抵抗と、前記第２端子と前記第３端子との間に電気的に接続される第２抵抗と、当該第１抵抗及び当該第２抵抗の導通状態に基づいて前記カバーの取り付け状態を検知するインターロック回路と、を備え、前記カバーは、前記筐体に取り付けられた状態において前記第１端子と前記第２端子と前記第３端子を短絡する短絡導体を有し、前記第１端子と前記第３端子の間の距離は、前記第２端子と前記第３端子の間の距離よりも大きくなるように前記各端子が配置されることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、電気回路装置の構造に係り、特に、高電圧部への接触による感電防止に有効な技術に関する。

電気自動車（EV）やプラグインハイブリッド車（PHV）には、動力駆動用の高電圧蓄電池でモータ駆動するためのインバータ等の電力変換装置が搭載されている。

電力変換装置は、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー半導体素子やパワーモジュール、高耐圧DCラインキャパシタ、主回路バスバー、パワーモジュール駆動回路基板、モータ制御回路基板、３相電流センサー、強電AC,DCコネクタ等の多くの電子部品で構成されており、一般にこれらの電子部品を平板状の筐体面に並べて設置する構造が採られている。

筐体面に設置された電子部品は高電圧が印加されるため、電子部品を覆うように感電防止カバーが設けられる。さらに、電子部品にはキャパシタや平滑コンデンサのような蓄電部品も含まれており、メンテナンス時などカバーが開放されている場合に人が高電圧部位へ触れる可能性があるため、カバー開状態を検出した際に高電圧部位の放電を実施するインターロック機構が設けられる。

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、「電力を変換する電力変換素子と、前記電力変換素子に接続された第１および第２端子と、導電材料から形成され前記第１および第２端子とを収納する筐体と、を備える電力変換装置であって、前記第１および前記第２端子は、各々の先端が前記筐体から少なくとも所定の絶縁距離離間し、且つ、前記第１端子の先端と前記筐体との間の距離と前記第２端子の先端と前記筐体との間の距離とが異なるよう並んで配置されている電力変換装置」が開示されている。

特開２０１６−１３４９４４号公報

上述したように、電力変換装置などの高電圧機器では、感電防止用のカバーを設置し、さらにカバーを開放した際に内部の電子部品に蓄積された電気（電荷）を放電するインターロック機構を設ける等の安全対策が施されているが、例えば、インターロック機構の検出回路に導電性の異物が付着してショート故障が生じたような場合、誤検知によりインターロック機能が充分に作用せずに、作業者が感電してしまう恐れがある。

上記特許文献１は、電力変換装置の筐体および端子の距離や配置を規定することで、端子と筐体間へ塵やホコリなどの異物が混入した場合であってもアーク放電や電流ループの発生を抑制し、筐体や電力変換素子を保護するものであるが、上記のような感電防止のためのインターロック機構の課題やその解決方法については記載されていない。

そこで、本発明の目的は、感電防止のためのインターロック回路のショート故障の発生を抑制し、誤検知による感電を防止可能な信頼性の高い電気回路装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、電気回路部品を収納する筐体と、前記筐体に取り付けられるカバーと、前記筐体と前記カバーとの間に形成される空間に配置される第１端子、第２端子及び第３端子と、前記第１端子と前記第２端子との間に電気的に接続される第１抵抗と、前記第２端子と前記第３端子との間に電気的に接続される第２抵抗と、当該第１抵抗及び当該第２抵抗の導通状態に基づいて前記カバーの取り付け状態を検知するインターロック回路と、を備え、前記カバーは、前記筐体に取り付けられた状態において前記第１端子と前記第２端子と前記第３端子を短絡する短絡導体を有し、前記第１端子と前記第３端子の間の距離は、前記第２端子と前記第３端子の間の距離よりも大きくなるように前記各端子が配置されることを特徴とする。

本発明によれば、感電防止のためのインターロック回路のショート故障の発生を抑制し、誤検知による感電を防止可能な信頼性の高い電気回路装置を実現できる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。

従来のインターロック回路例を示す回路図である。従来のインターロック回路例を示す回路図である。本発明の一実施形態に係る電気回路装置のインターロック回路を示す回路図である。本発明の一実施形態に係る電気回路装置のインターロック回路が実装されるプリント基板とコネクタを示す図である。本発明の一実施形態に係る電気回路装置のインターロック回路が実装されるプリント基板とコネクタを示す図である。本発明の一実施形態に係る電気回路装置のインターロック回路が実装されるプリント基板とコネクタを示す図である。本発明の一実施形態に係る電気回路装置のインターロック回路が実装されるプリント基板とコネクタを示す図である。本発明の一実施形態に係る電気回路装置のインターロック回路が実装されるプリント基板とコネクタを示す図である。本発明の一実施形態に係る電気回路装置のインターロック回路が実装されるプリント基板とコネクタを示す図である。本発明の一実施形態に係る電気回路装置のインターロック回路が実装されるプリント基板とコネクタを示す図である。本発明の一実施形態に係る電気回路装置のインターロック回路が実装されるプリント基板とコネクタを示す図である。本発明の一実施形態に係る電気回路装置のインターロック回路が実装されるプリント基板とコネクタを示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

先ず、比較のために、図１および図２を参照して、従来の電気回路装置の感電防止インターロック機構について説明する。なお、以降の各実施例においては、電気回路装置の例として、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置、交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置、および交流電力を一旦直流電力に変換した後、再度交流電力に変換することで周波数と電圧の大きさを自在に変えるコンバータ回路およびインバータ回路の両者を備えたインバータ装置の３種類の電力変換装置を想定して説明する。

図１，図２は従来の電力変換装置の感電防止インターロック機構の例を示す回路図である。図１は電力変換装置内のACカバーおよびDCカバーが開いている状態の等価回路を示し、図２はACカバーおよびDCカバーが閉じている状態の等価回路を示している。

感電防止インターロック回路は高電圧部位のカバーの開閉状態を検出するものであり、カバーが開いている場合は人が高電圧部位へ触れる可能性があるため、カバー開状態を検出した時に高電圧部位の放電を実施することで感電の防止を図る。カバーが筐体に取り付けられた状態において各端子間を短絡する短絡導体を備えており、カバー開状態を検出した時に平滑コンデンサを抵抗を介して接地することで、高電圧部位に蓄積された電気（電荷）を放電し、感電を防止する。

図１，図２の点線部はACカバー１およびDCカバー２内の電気配線を意味している。SW1とSW2はインバータ本体とACカバー１のインターロック回路の接点を示している。SW3とSW4はインバータ本体とDCカバー２のインターロック回路の接点を示している。

ACカバー１が開かれた場合、インバータ本体とACカバー１の接点が外れるため、SW1およびSW2が開いた状態を意味する。また、ACカバー１が閉じられた場合、インバータ本体とACカバー１の接点が接続されるため、SW1およびSW2が閉じた状態を意味する。

DCカバー２が開かれた場合、インバータ本体とDCカバー２の接点が外れるため、SW3およびSW4が開いた状態を意味する。また、DCカバー２が閉じられた場合、インバータ本体とDCカバー２の接点が接続されるため、SW3およびSW4が閉じた状態を意味する。

従来のインターロック回路の動作について説明する。図１に示すように、ACカバー１およびDCカバー２が共に開いている時、マイコンへの入力電圧VA1（図１のA点の電位）は以下の式１で表される。

カバーが開いている時、VA1はVccの電圧をR1，R2，R3，R4の抵抗比で分圧される。

一方、図２に示すように、ACカバー１およびDCカバー２が共に閉じている時、マイコンへの入力電圧VA2（図２のA点の電位）は以下の式２で表される。

カバーが閉じている時、R2とR3の両端がショートされるため、VA2はVccの電圧をR1とR4で分圧することになる。

また、ACカバー１が開、DCカバー２が閉の時（図示せず）、マイコンへの入力電圧VA3は（A点の電位）は以下の式３で表される。

DCカバー２が閉じている時、R3の両端がショートされるため、VA3はVccの電圧をR1，R2，R4で分圧することになる。

また、ACカバー１が閉、DCカバー２が開の時（図示せず）、マイコンへの入力電圧VA4は（A点の電位）は以下の式４で表される。

DCカバー２が閉じている時、R2の両端がショートされるため、VA4はVccの電圧をR1，R3，R4で分圧することになる。

上記のように、カバーの開閉状態によりマイコンへの入力電圧が異なる。マイコンは入力電圧をモニタすることでカバーの開閉状況を検出することができる。なお、上記は高電圧部位がACカバー１とDCカバー２の２箇所である回路例だが、３箇所以上であっても同様な考え方で抵抗分圧比と検出電圧によりカバーの開閉状態を検出することができる。

上述したように、インターロック回路によってACカバー１およびDCカバー２が開いていると認識した場合、マイコンは高電圧部位の放電処理を行い、人への感電を防止する。しかしながら、図１において、例えば、SW1とSW2、SW3とSW4の間でショート故障が発生した場合、マイコンはショート発生箇所について常にACカバー１が閉じていると認識してしまう。これによりACカバー１が開いている状態にも関わらず、マイコンはカバーが閉じていると認識するため、放電処理が実行されず、人が高電圧部位に接触した際に感電してしまう恐れがある。

そこで、本実施例の電力変換装置では、インターロック回路を図３のように構成する。
マイコンへの入力電圧は下記のようになる。

図３に示すように、ACカバー１およびDCカバー２が共に開いている時、マイコンへの入力電圧VA1（図３のA点の電位）は以下の式５で表される。

カバーが開いている時、VA1はVccの電圧をR1，R21，R22，R31，R32，R4の抵抗比で分圧される。

一方、ACカバー１およびDCカバー２が共に閉じている時（図示せず）、マイコンへの入力電圧VA2は（A点の電位）は以下の式６で表される。

カバーが閉じている時、R21，R22，R31，R32の両端がショートされるため、VA2はVccの電圧をR1とR4で分圧することになる。

また、ACカバー１が開、DCカバー２が閉の時（図示せず）、マイコンへの入力電圧VA3は（A点の電位）は以下の式７で表される。

DCカバー２が閉じている時、R31，R32の両端がショートされるため、VA3はVccの電圧をR1，R21，R22，R4で分圧することになる。

また、ACカバー１が閉、DCカバー２が開の時、マイコンへの入力電圧VA4は（A点の電位）は以下の式８で表される。

ACカバー１が閉じている時、R21，R22の両端がショートされるため、VA4はVccの電圧をR1，R31，R32，R4で分圧することになる。

上記のように、カバーの開閉状態によりマイコンへの入力電圧が異なる。マイコンは入力電圧をモニタすることでカバーの開閉状況を検出することができる。

課題となっているショート故障に関して、SW1とSW12、SW12とSW2、SW3とSW34、SW34とSW4のショート故障は検出可能である。

例えば、ACカバー１およびDCカバー２が共に閉じている時、SW1とSW12がショート故障した場合、マイコンへの入力電圧は以下の式９で表される。

SW1とSW12のショート故障によりR21の両端がショートされるため、Vccの電圧をR1，R22，R31，R32，R4で分圧することになる。

また、ACカバー１およびDCカバー２が共に閉じている時、SW12とSW2がショート故障した場合、マイコンへの入力電圧は以下の式１０で表される。

SW12とSW2のショート故障によりR22の両端がショートされるため、Vccの電圧をR1，R21，R31，R32，R4で分圧することになる。

また、ACカバー１およびDCカバー２が共に閉じている時、SW3とSW34がショート故障した場合、マイコンへの入力電圧は以下の式１１で表される。

SW3とSW34のショート故障によりR31の両端がショートされるため、Vccの電圧をR1，R21，R22，R32，R4で分圧することになる。

また、ACカバー１およびDCカバー２が共に閉じている時、SW34とSW4がショート故障した場合、マイコンへの入力電圧は以下の式１２で表される。

SW34とSW4のショート故障によりR32の両端がショートされるため、Vccの電圧をR1，R21，R22，R31，R4で分圧することになる。

なお、上記は高電圧部位がACカバー１とDCカバー２の２箇所である回路例だが、３箇所以上であっても同様な考え方で抵抗分圧比と検出電圧によりカバーの開閉状態を検出することができる。

図４から図６を参照して、実施例２の電気回路装置の感電防止インターロック機構について説明する。図４から図６は本実施例のインターロック回路が実装されるプリント基板４とACカバー側コネクタ３を示している。図４はACカバー１が閉じられておらず、プリント基板４のピンとACカバー側コネクタ３が接続されていない状態を示している。図５はACカバー１が閉じており、プリント基板４のピンとACカバー側コネクタ３が接続された状態を示している。図６は図５の状態での各ピンの配置（ピン間の距離）を示している。

実施例１の図３に示す構成では、例えば、SW1とSW2、SW3とSW4のショート故障は検出が困難である。そこで、本実施例のインターロック機構では、SW1とSW2、SW3とSW4のショート故障の発生を抑制するためにACカバー１およびDCカバー２を図４から図６に示すように接点を構成する。なお、以降の説明においては、ACカバー１の構成のみについて説明するが、DCカバー２もACカバー１と同様に構成することで、同様の効果が得られる。

図４に示すように、ACカバー１とインターロック回路が実装されるプリント基板４の接点（SW1，SW12，SW2）にはピンヘッダやコネクタ等が用いられる。ACカバー１が閉じられていない時は図４のようにコネクタとピンが接続されず、SW1，SW12，SW2はOFF（オープン）となる。一方、ACカバー１が閉じた時は図５のようにコネクタとピンが接続され、 SW1，SW12，SW2はON（ショート）となる。

ここで、図６のようにSW1とSW2に相当する各接点間の距離を離して形成する。すなわち、
SW1-SW2間の距離ａ＞SW1-SW12間の距離ｂ
SW1-SW2間の距離ａ＞SW12-SW2間の距離ｃ
となるように構成する。上記はどちらか一方の条件を満たす構成でも構わない。各端子を所定の距離だけ離間して形成することで、各端子間のショート故障を抑制することができ、感電の可能性を低減することができる。

図７を参照して、実施例３の電気回路装置の感電防止インターロック機構について説明する。図７は本実施例のインターロック回路が実装されるプリント基板４とACカバー側コネクタ３を示している。

本実施例のインターロック回路では、SW1とSW2に相当する接点をピンや端子で形成する場合、図７に示すように、SW1とSW2の接点から離れる方向（カバーの筐体への取付け方向に対してSW1とSW2が互いに離れる方向）に角度を付けて形成する。なお、SW1とSW2はどちらか一方のみ角度を付けても構わない。

これにより、端子鉛直線上から衝撃を受けた場合、SW1とSW2の各々の折れ曲がる方向が異なるためSW1とSW2のショート故障が発生し難くなり、感電の可能性を低減することができる。

図８を参照して、実施例４の電気回路装置の感電防止インターロック機構について説明する。図８は本実施例のインターロック回路が実装されるプリント基板４とACカバー側コネクタ３を示している。

本実施例のインターロック回路では、SW1とSW2に相当する接点をピンや端子で形成する場合、図８に示すように、中央（SW1とSW2の間）に配置されるSW12の端子の長さよりSW1とSW2の端子の長さを短く形成する。すなわち、
SW12の端子の長さ＞SW1の端子の長さ
SW12の端子の長さ＞SW2の端子の長さ
となるように構成する。これにより、SW1とSW2間のショート故障を抑制することができ、感電の可能性を低減することができる。

図９を参照して、実施例５の電気回路装置の感電防止インターロック機構について説明する。図９は本実施例のインターロック回路が実装されるプリント基板４とACカバー側コネクタ３を示している。

本実施例のインターロック回路では、SW1とSW2に相当する接点をピンや端子で形成する場合、図９に示すように、SW1-SW2間の距離ｄよりSW1の端子の長さｅとSW2の端子の長さｆを短く形成する。すなわち、
SW1-SW2間の距離ｄ＞SW1の端子の長さｅ
SW1-SW2間の距離ｄ＞SW2の端子の長さｆ
となるように構成する。これにより、SW1とSW2間のショート故障を抑制することができ、感電の可能性を低減することができる。

図１０を参照して、実施例６の電気回路装置の感電防止インターロック機構について説明する。図１０は本実施例のインターロック回路が実装されるプリント基板４とACカバー側コネクタ３を示している。

本実施例のインターロック回路では、SW1とSW2に相当する接点をピンや端子で形成する場合、図１０に示すように、SW1とSW2の形状を端子鉛直線上から衝撃を受けた時（カバーの筐体への取付け方向に対し力が加わった場合）にSW1とSW2の接点から離れる方向に折れ曲がるように屈曲部を設けて形成する。

これにより、実施例３（図７）の構成と同様に、端子鉛直線上から衝撃を受けた場合（カバーの筐体への取付け方向に対し力が加わった場合）、SW1とSW2の各々の折れ曲がる方向が異なるためSW1とSW2のショート故障が発生し難くなり、感電の可能性を低減することができる。

図１１を参照して、実施例７の電気回路装置の感電防止インターロック機構について説明する。図１１は本実施例のインターロック回路が実装されるプリント基板４とACカバー側コネクタ３を示している。

本実施例のインターロック回路では、SW1とR21、SW2とR22の接点をコネクタで形成する場合、図１１に示すように、SW1とR21の接点コネクタ５とSW2とR22の接点コネクタ６を別のコネクタで構成する。

これにより、SW1とSW2間のショート故障を抑制することができ、感電の可能性を低減することができる。

図１２を参照して、実施例８の電気回路装置の感電防止インターロック機構について説明する。図１２は本実施例のインターロック回路が実装されるプリント基板４とACカバー側コネクタ３を示している。

本実施例のインターロック回路では、SW1，SW12，SW2に相当する接点のR21およびR22と繋がる基板接続点は、３点が同一線上にならないように構成する。例えば、図１２に示すように、SW1とR21の接点を３点の同一直線状から外して構成する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…ＡＣカバー、２…ＤＣカバー、３…ＡＣカバー側コネクタ、４…プリント基板、５…ＳＷ１とＲ２１の接点コネクタ、６…ＳＷ２とＲ２２の接点コネクタ。

Claims

電気回路部品を収納する筐体と、
前記筐体に取り付けられるカバーと、
前記筐体と前記カバーとの間に形成される空間に配置される第１端子、第２端子及び第３端子と、
前記第１端子と前記第２端子との間に電気的に接続される第１抵抗と、
前記第２端子と前記第３端子との間に電気的に接続される第２抵抗と、
当該第１抵抗及び当該第２抵抗の導通状態に基づいて前記カバーの取り付け状態を検知するインターロック回路と、を備え、
前記カバーは、前記筐体に取り付けられた状態において前記第１端子と前記第２端子と前記第３端子を短絡する短絡導体を有し、
前記第１端子と前記第３端子の間の距離は、前記第２端子と前記第３端子の間の距離よりも大きくなるように前記各端子が配置されることを特徴とする電気回路装置。
請求項１に記載の電気回路装置であって、
前記第３端子を支持する基台を有し、
前記第３端子は、前記カバーの前記筐体への取付け方向に対し、前記第１端子から離れる方向に傾斜して設けられることを特徴とする電気回路装置。
請求項１または２に記載の電気回路装置であって、
前記第２端子の長さは、前記第１端子と前記第３端子の長さよりも長いことを特徴とする電気回路装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の電気回路装置であって、
前記第３端子の長さは、当該第３端子と前記第１端子の間の距離よりも短いことを特徴とする電気回路装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の電気回路装置であって、
前記第３端子は、前記カバーの前記筐体への取付け方向に対し力が加わった場合に、前記第１端子から離れる方向に屈曲する屈曲部を有することを特徴とする電気回路装置。
請求項１に記載の電気回路装置であって、
前記第１端子を支持する第１基台と、
前記第３端子を支持する第２基台と、を有し、
前記第２端子は、前記第１基台または前記第２基台のいずれかに支持されることを特徴とする電気回路装置。
請求項１から６のいずれか１項に記載の電気回路装置であって、
前記第３端子は、前記第１端子と前記第２端子を結ぶ直線上とは異なる位置に配置されることを特徴とする電気回路装置。