JP2020115699A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体と閉塞部材との隙間への液の侵入を抑制できる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１０は、回路基板を収容する収容空間Ｓを有するとともに、第１壁部２１ｃに貫通孔２３が形成された筐体１２と、筐体１２の第１壁部２１ｃの外面における貫通孔２３の開口部２３ａを閉塞する閉塞部材２７と、筐体１２の第１壁部２１ｃの外面から突出するとともに、閉塞部材２７よりも重力方向（Ｚ方向）の上側に位置する突出部２５とを備える。また、電力変換装置１０は、筐体１２の第１壁部２１ｃの外面に凹設され、重力方向において貫通孔２３の開口部２３ａと突出部２５との間に位置する溝２６を備える。閉塞部材２７は、重力方向において溝２６の開口部２６ｄの一部を覆っている。【選択図】図４

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来から、回路基板を収容する収容空間を有するとともに、側壁に貫通孔が形成された筐体本体部と、筐体の側壁の外面における前記貫通孔の開口部を閉塞する閉塞部材とを備える電力変換装置が知られている。このような電力変換装置は、例えば、車両のエンジンルームに配置される。そして、雨水や塩水等の液が筐体に付着すると、液は筐体を伝って重力方向の下方に向けて流れ、筐体の側壁の外面と閉塞部材との隙間を介して収容空間内に侵入する虞がある。

特許文献１に開示の電力変換装置は、筐体の側壁の外面から突出する突出部を備える。突出部は、閉塞部材であるコネクタよりも重力方向の上側に配置される。この場合、筐体に付着した液は突出部の上面に溜まるため、筐体の側壁と閉塞部材との隙間を介した収容空間内への液の侵入が抑制される。

特開２０１７−７９５４７号公報

ところが、液の量によっては、突出部の上面に溜まり切らずに溢れて、突出部の先端面を伝って突出部よりも重力方向の下側に流れ出すことがある。流れ出した液は、突出部の下面と閉塞部材の上面との隙間に流れ込み、更に筐体の側壁と閉塞部材との隙間に侵入してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、筐体と閉塞部材との隙間への液の侵入を抑制できる電力変換装置を提供することにある。

上記問題点を解決するための電力変換装置は、回路基板を収容する収容空間を有するとともに、側壁に貫通孔が形成された筐体と、前記筐体の側壁の外面における前記貫通孔の開口部を閉塞する閉塞部材と、前記筐体の側壁の外面から突出するとともに、前記閉塞部材よりも重力方向の上側に位置する突出部と、を備えた電力変換装置であって、前記筐体の側壁の外面に凹設され、前記重力方向において前記貫通孔の開口部と前記突出部との間に位置する溝を備え、前記閉塞部材は、前記重力方向において前記溝の開口部の一部を覆っていることを要旨とする。

例えば、突出部と閉塞部材との隙間が筐体の側壁と閉塞部材との隙間と直接連通する場合、突出部と閉塞部材との隙間に溜まった液は、筐体の側壁と閉塞部材との隙間に触れるため、筐体の側壁と閉塞部材との隙間に液が侵入しやすい。

これに対し、筐体の側壁の外面には溝が形成され、溝の開口部の一部が閉塞部材によって覆われている構成とすることで、突出部と閉塞部材との隙間は、溝と閉塞部材とによって囲まれた空間を介して筐体の側壁と閉塞部材との隙間と連通する。このため、突出部と閉塞部材との隙間に溜まった液滴は、筐体の側壁と閉塞部材との隙間に触れない。よって、突出部と閉塞部材との隙間に留まった液が、筐体の側壁と閉塞部材との隙間に侵入することを抑制できる。

また、上記電力変換装置について、前記筐体の側壁の外面と前記閉塞部材との間には、前記貫通孔を取り囲むようにして配置されたシール部材が介在するのが好ましい。
筐体の側壁と閉塞部材との間にシール部材を配置することによって、筐体の側壁と閉塞部材との隙間を介して液が収容空間に侵入することを抑制できる。しかしながら、筐体の側壁と閉塞部材との間に侵入した液が塩水である場合、塩水によってシール部材が腐食し、シール機能が低下することがある。よって、筐体の側壁と閉塞部材との隙間への液の侵入を抑制し、シール部材のシール機能の低下を抑制するのが効果的である。

また、上記電力変換装置について、前記筐体の側壁の外面からの前記閉塞部材の突出量は、前記筐体の側壁の外面からの前記突出部の突出量よりも大きいのが好ましい。
これによれば、筐体の側壁の外面からの閉塞部材の突出量が筐体の側壁の外面からの突出部の突出量よりも小さい場合と比較して、電力変換装置を小型化できる。また、筐体の側壁の外面からの閉塞部材の突出量が筐体の側壁の外面からの突出部の突出量よりも大きい構成では、閉塞部材が突出部から溢れた液の受け皿のような状態となる分、突出部と閉塞部材との隙間に液滴が侵入しやすい。よって、筐体と閉塞部材との隙間への液滴の侵入を抑制するのがより効果的である。

本発明によれば、筐体の側壁と閉塞部材との隙間への液滴の侵入を抑制できる。

電力変換装置の斜視図。 電力変換装置の分解斜視図。 電力変換装置の断面図。 実施形態の作用を説明するための一部断面図。 （ａ），（ｂ）は電力変換装置の比較例を示す一部断面図。 電力変換装置の別例を示す断面図。 電力変換装置の別例を示す断面図。

以下、電力変換装置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。なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、重力方向に沿う方向をＺ方向で規定している。

図１及び図２に示すように、電力変換装置１０は、車載用インバータであって、車載バッテリ等から直流電力を入力して交流電力に変換してモータ等の車載機器に出力する。電力変換装置１０は、電力変換回路としてのインバータ回路を有する回路基板１１と、回路基板１１を収容する筐体１２とを備える。なお、車載バッテリ等と電力変換装置１０とを接続するコネクタ、及び電力変換装置１０とモータ等とを接続するコネクタについては、図示を省略している。電力変換装置１０は、例えば、図示しない車両のエンジンルームに配置され、筐体１２は、車両の使用環境に晒される。

回路基板１１が備えるインバータ回路は、制御回路、半導体素子、平滑コンデンサ、駆動回路（いずれも図示略）等を備える。制御回路・駆動回路を介して半導体素子をオン／オフ制御することにより入力した直流電力を交流電力に変換して出力するようになっている。

筐体１２は、有底四角筒状の筐体本体部２１と、筐体本体部２１の開口部２１ａを閉塞する長方形状の蓋２２とを備える。筐体本体部２１は、長方形状の底壁２１ｂと、底壁２１ｂの各縁部から立設する側壁としての第１〜第４壁部２１ｃ〜２１ｆとを有する。底壁２１ｂ及び蓋２２の長手方向はＸ方向に延び、底壁２１ｂ及び蓋２２の短手方向はＹ方向に延びている。第１壁部２１ｃは、底壁２１ｂの一対の短縁部のうち、一方の短縁部から立設し、第２壁部２１ｄは、底壁２１ｂの一対の短縁部のうち、他方の短縁部から立設する。また、第３壁部２１ｅは、底壁２１ｂの一対の長縁部のうち、一方の長縁部から立設し、第４壁部２１ｆは、底壁２１ｂの一対の長縁部のうち、他方の長縁部から立設する。筐体１２は、底壁２１ｂと、第１〜第４壁部２１ｃ〜２１ｆと、蓋２２とによって囲まれた収容空間Ｓを備える。回路基板１１は、収容空間Ｓに収容されている。また、筐体本体部２１と蓋２２とはＺ方向に重ねられ、蓋２２はＺ方向の上側、筐体本体部２１はＺ方向の下側に位置する。

図２及び図３に示すように、筐体本体部２１には、第１壁部２１ｃをＸ方向に貫通する貫通孔２３が形成されている。本実施形態の貫通孔２３は、Ｙ方向に長軸が延び、Ｚ方向に短軸が延びる楕円形状である。貫通孔２３により、筐体１２の外部と収容空間Ｓとが連通される。貫通孔２３は、筐体本体部２１の第１壁部２１ｃの外面において開口する開口部２３ａを有する。また、第１壁部２１ｃには、Ｙ方向において貫通孔２３の両側に形成された第１取付穴２４を有する。各第１取付穴２４の内周面には、雌ねじが形成されている。

筐体１２は、第１壁部２１ｃの外面からＸ方向に突出する突出部２５を有する。突出部２５は、Ｙ方向に延在する四角柱状である。Ｙ方向における突出部２５の長さは、貫通孔２３の長手方向の寸法よりも長い。突出部２５は、貫通孔２３の開口部２３ａよりもＺ方向の上側に位置する。突出部２５において、Ｙ−Ｚ面に沿う面を先端面２５ａとし、Ｘ−Ｙ面に沿い、かつＺ方向において蓋２２寄りに位置する面を上面２５ｂとし、Ｘ−Ｙ面に沿い、かつＺ方向において貫通孔２３寄りに位置する面を下面２５ｃとする。第１壁部２１ｃの外面から突出部２５の先端面２５ａまでの距離を、第１壁部２１ｃの外面からの突出部２５の突出量Ｌ１とする。

筐体１２は、第１壁部２１ｃの外面からＸ方向に凹設された溝２６を有する。溝２６は、Ｙ方向に延在する。Ｙ方向における溝２６の長さは、Ｙ方向における突出部２５の長さと同じである。溝２６は、Ｙ−Ｚ面に沿う底部２６ａ有する。Ｘ方向における第１壁部２１ｃの外面から底部２６ａまでの寸法Ｐは、例えば、１ｍｍに設定される。また、溝２６は、底部２６ａと第１壁部２１ｃの外面とをＸ方向に接続するとともに、Ｚ方向の上側に位置する上側内側面２６ｂと、底部２６ａと第１壁部２１ｃの外面とをＸ方向に接続するとともに、Ｚ方向の下側に位置する下側内側面２６ｃとを有する。上側内側面２６ｂは、突出部２５の下面２５ｃと面一である。溝２６は、筐体本体部２１の第１壁部２１ｃの外面において開口する開口部２６ｄを有する。

筐体１２は、筐体１２の外部から貫通孔２３の開口部２３ａを閉塞する板状の閉塞部材２７を備える。閉塞部材２７は、長手方向がＹ方向に延び、短手方向がＺ方向に延びる長方形状である。閉塞部材２７の長手方向及び短手方向の寸法はそれぞれ、貫通孔２３の長手方向及び短手方向の寸法よりも大きい。閉塞部材２７には、Ｘ方向に貫通するとともにＹ方向に間隔を空けて並ぶ２つの第２取付孔２８が形成されている。２つの第２取付孔２８の間隔は、２つの第１取付穴２４の間隔と同じである。

閉塞部材２７は、第２取付孔２８に挿通されたボルト１３が筐体本体部２１の第１取付穴２４に螺合されることにより、筐体本体部２１の第１壁部２１ｃに取り付けられる。閉塞部材２７において、重力方向の上側に位置する面を上面２７ａとし、第１壁部２１ｃと対向する面を内面２７ｂとし、内面２７ｂとは反対側の面を外面２７ｃとする。Ｚ方向において、閉塞部材２７の上面２７ａは、溝２６の下側内側面２６ｃよりも上側に位置する。つまり、閉塞部材２７は、溝２６の開口部２６ｄにおけるＺ方向下側の一部を覆っている。閉塞部材２７の上面２７ａから突出部２５の下面２５ｃまでの寸法Ｑは、例えば、０．５ｍｍに設定される。また、第１壁部２１ｃの外面から閉塞部材２７の外面２７ｃまでの距離を、第１壁部２１ｃの外面からの閉塞部材２７の突出量Ｌ２とする。閉塞部材２７の突出量Ｌ２は、突出部２５の突出量Ｌ１よりも大きい。よって、閉塞部材２７の外面２７ｃ、突出部２５の先端面２５ａ、及び第１壁部２１ｃの外面は、この順でＸ方向に並んでいる。

筐体本体部２１の第１壁部２１ｃの外面と、閉塞部材２７の内面２７ｂとの間には、シール部材としての楕円形状のシールリング１４が介在している。シールリング１４は、第１壁部２１ｃの貫通孔２３の開口部２３ａを取り囲むように配置されている。シールリング１４は、筐体本体部２１の第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの隙間をシールすることにより、筐体１２の外部から収容空間Ｓ内に塩水が侵入することを抑制する。

本実施形態の作用について、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す比較例と対比しつつ説明する。
筐体１２に塩水Ｗが付着すると、塩水Ｗは、まず、突出部２５の上面２５ｂに溜まる。しかしながら、塩水Ｗが多量になると、突出部２５の上面２５ｂに溜まり切らずに溢れる。溢れた塩水Ｗは、突出部２５の先端面２５ａを伝って突出部２５よりもＺ方向の下側に流れ出し、突出部２５の下面２５ｃと閉塞部材２７の上面２７ａとの隙間に流れ込む。

ここで、図４に示すように、本実施形態では、突出部２５の下面２５ｃと閉塞部材２７の上面２７ａとの隙間は、溝２６と閉塞部材２７の内面２７ｂとによって囲まれた空間を介して、第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの隙間と連通している。このため、突出部２５の下面２５ｃと閉塞部材２７の上面２７ａとの隙間に溜まった塩水Ｗは、第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの隙間に直接触れない。よって、第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの隙間への塩水Ｗの侵入が抑制される。なお、突出部２５の下面２５ｃと閉塞部材２７の上面２７ａとの隙間に留まった塩水Ｗは、表面張力により、溝２６に流れ込まずに隙間に留まる。

比較例として、図５（ａ）では、第１壁部２１ｃの外面に溝２６が形成されていない場合を示し、図５（ｂ）では、第１壁部２１ｃの外面に溝２６が形成されているものの、閉塞部材２７が溝２６の開口部２６ｄを覆っていない場合を示す。各比較例では、突出部２５の下面２５ｃと閉塞部材２７の上面２７ａとの隙間は、第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの隙間と直接連通する。このため、突出部２５の下面２５ｃと閉塞部材２７の上面２７ａとの隙間に溜まった塩水Ｗは、第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの隙間に直接触れる。よって、第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの隙間に塩水Ｗが侵入しやすい。

本実施形態の効果について説明する。
（１）筐体本体部２１の第１壁部２１ｃの外面に凹設された溝２６は、重力方向であるＺ方向において第１壁部２１ｃの貫通孔２３の開口部２３ａと突出部２５との間に位置する。閉塞部材２７は、溝２６の開口部２６ｄにおけるＺ方向下側の一部を覆っている。このため、突出部２５の下面２５ｃと閉塞部材２７の上面２７ａとの隙間に溜まった塩水Ｗは、第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの隙間に触れない。よって、突出部２５の下面２５ｃと閉塞部材２７の上面２７ａとの隙間に留まった塩水Ｗが、第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの隙間に侵入することを抑制できる。

（２）第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの間には、貫通孔２３を取り囲むように配置されたシールリング１４が介在する。シールリング１４は、第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの隙間をシールし、塩水Ｗが収容空間Ｓに侵入することを抑制する。しかしながら、第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの間に侵入した塩水Ｗによってシールリング１４が腐食し、シール機能が低下することがある。よって、第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの隙間への塩水Ｗの侵入を抑制し、シールリング１４のシール機能の低下を抑制することが効果的である。

（３）第１壁部２１ｃの外面からの閉塞部材２７の突出量Ｌ２は、第１壁部２１ｃの外面からの突出部２５の突出量Ｌ１よりも大きい。このため、第１壁部２１ｃの外面からの閉塞部材２７の突出量Ｌ２が第１壁部２１ｃの外面からの突出部２５の突出量Ｌ１よりも小さい場合と比較して、電力変換装置１０を小型化できる。また、第１壁部２１ｃの外面からの閉塞部材２７の突出量Ｌ２が、第１壁部２１ｃの外面からの突出部２５の突出量Ｌ１よりも大きい構成では、閉塞部材２７の上面２７ａは、突出部２５の上面から溢れた塩水Ｗの受け皿のような状態となる。このため、突出部２５の下面２５ｃと閉塞部材２７の上面２７ａとの隙間に塩水Ｗが侵入しやすい。よって、第１壁部２１ｃの外面と閉塞部材２７の内面２７ｂとの隙間への塩水Ｗの侵入を抑制するのがより効果的である。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○ 電力変換装置１０は、インバータに限定されず、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の他の電力変換装置であってもよい。

○ 貫通孔２３は、楕円形状に限定されず、円形状であってもよい。
○ 閉塞部材２７は、単なる板材に限定されず、貫通孔２３を閉塞できるのであれば、例えば、コネクタの一部でもよい。

○ 第１壁部２１ｃの外面から溝２６の底部２６ａまでの寸法Ｐは、０．３ｍｍ以上であれば適宜変更してよい。
○ 閉塞部材２７の上面２７ａから突出部２５の下面２５ｃまでの寸法Ｑは、０〜３ｍｍの範囲で適宜変更してよい。ただし、閉塞部材２７は、上面２７ａが溝２６の下側内側面２６ｃよりもＺ方向の上側に位置し、溝２６の開口部２６ｄの一部を覆っている状態とする。

○ 第１壁部２１ｃの外面からの閉塞部材２７の突出量Ｌ２は、第１壁部２１ｃの外面からの突出部２５の突出量Ｌ１と同じ、又は突出量Ｌ１よりも小さくてもよい。
○ 閉塞部材２７の形状は適宜変更してもよい。

例えば、図６に示すように、閉塞部材２７は、内面２７ｂから突出する軸部２７ｄを備えていてもよい。軸部２７ｄは、第１壁部２１ｃの貫通孔２３に挿入される。このような構成において、シールリング１４は、軸部２７ｄの外周面と、第１壁部２１ｃの貫通孔２３の内周面との間に介在していてもよい。

○ 筐体１２の構成は適宜変更してもよい。
例えば、図７に示すように、筐体本体部２１は、収容空間ＳをＺ方向に区画する区画壁２１１を備えていてもよい。収容空間Ｓのうち、Ｚ方向において区画壁２１１よりも上側に位置する空間を第１の収容空間Ｓ１とし、Ｚ方向において区画壁２１１よりも下側に位置する空間を第２の収容空間Ｓ２とする。第１の収容空間Ｓ１には、例えば、インバータ回路を有する第１の回路基板１１ａが収容され、第２の収容空間Ｓ２には、例えば、コンバータ回路を有する第２の回路基板１１ｂが収容される。

筐体本体部２１は、第２壁部２１ｄをＸ方向に貫通する孔２９と、孔２９を囲むように第２壁部２１ｄの外面から突出する筒状のフランジ部３０を有する。フランジ部３０の内側は、第２壁部２１ｄの孔２９と連通している。区画壁２１１には、Ｘ方向に貫通する孔２１１ａが形成されている。孔２１１ａの一端部は、第１壁部２１ｃの貫通孔２３と連通し、孔２１１ａの他端部は、第２壁部２１ｄの孔２９と連通している。

また、図６と同様、閉塞部材２７は、内面２７ｂから突出する軸部２７ｄを備える。軸部２７ｄは、第１壁部２１ｃの貫通孔２３の内側に挿入される。シールリング１４は、軸部２７ｄの外周面と、第１壁部２１ｃの貫通孔２３の内周面との間に介在する。

そして、区画壁２１１の孔２１１ａの内側と、第２壁部２１ｄの孔２９の内側と、フランジ部３０の内側とによって、冷却水を流すための流路Ｒが形成されている。閉塞部材２７は、流路Ｒを流れる冷却水が貫通孔２３から流出しないように貫通孔２３を閉塞している。流路Ｒに冷却水を流すことにより、第１の収容空間Ｓ１に収容された第１の回路基板１１ａと、第２の収容空間Ｓ２に収容された第２の回路基板１１ｂとが同時に冷却される。

○ 閉塞部材２７を筐体本体部２１の第１壁部２１ｃに取り付けるためのボルト１３の本数は２本に限定されず、適宜変更してよい。

１０…電力変換装置、１１…回路基板、１２…筐体、１４…シール部材としてのシールリング、２１ｃ〜２１ｆ…側壁としての第１〜第４壁部、２３…貫通孔、２３ａ…開口部、２５…突出部、２６…溝、２６ｄ…開口部、２７…閉塞部材、Ｓ…収容空間、Ｌ１，Ｌ２…突出量。

Claims (3)

1. 回路基板を収容する収容空間を有するとともに、側壁に貫通孔が形成された筐体と、
   前記筐体の側壁の外面における前記貫通孔の開口部を閉塞する閉塞部材と、
   前記筐体の側壁の外面から突出するとともに、前記閉塞部材よりも重力方向の上側に位置する突出部と、
   を備えた電力変換装置であって、
   前記筐体の側壁の外面に凹設され、前記重力方向において前記貫通孔の開口部と前記突出部との間に位置する溝を備え、
   前記閉塞部材は、前記重力方向において前記溝の開口部の一部を覆っていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記筐体の側壁の外面と前記閉塞部材との間には、前記貫通孔を取り囲むようにして配置されたシール部材が介在する請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記筐体の側壁の外面からの前記閉塞部材の突出量は、前記筐体の側壁の外面からの前記突出部の突出量よりも大きい請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。