JP5853930B2 - パワーコントロールユニット - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車に搭載され、走行用のモータに電力を供給するパワーコントロールユニットに関する。本明細書における電気自動車には、燃料電池車、走行用にモータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車を含む。

電気自動車のエンジンコンパートメントに搭載される電子機器は、防水のため、ケースが密閉される。しかし、密閉しただけでは、気圧の変化（例えば標高の高い場所へドライブするときなど）に応じてケース内圧が変化し、内圧の変化はケースを密閉するシール部材の劣化を進行させる虞がある。そこで、例えば特許文献１には、電子機器のケースに、ケース内外の圧力差を減少させる調圧部を設けることが提案されている。調圧部は、具体的には、気体の通過を許容し液体の通過を遮断する通気膜を備えた通気孔である。なお、エンジンを備えない電気自動車であっても、説明の便宜のため、モータ等の駆動系デバイスを収容する空間を「エンジンコンパートメント」と称する。

特開２００６−１３５２５０号公報

電子機器のケースは金属製であることが多く、調圧部（典型的には通気膜を有する通気孔）を金属製のケースに設けるにはコストが嵩む。本明細書は、走行用のモータに電力を供給するパワーコントロールユニットに特有の構造を利用し、ケース内外の圧力差を低減する調圧部を廉価で実現する技術を提供する。

パワーコントロールユニットは、モータに電力を供給するケーブルを接続するため、接続端子を露出する開口部をそのケースに備えている。モータに電力を供給するケーブルは「パワーケーブル」と呼ばれるので、本明細書でも以下では、そのようなケーブルを「パワーケーブル」と称する場合がある。

他方、その開口部にはカバーが取り付けられる。本明細書が開示する技術は、そのカバー（開口部カバー）に、パワーコントロールユニット内外の圧力差を減少させる調圧部を設ける。調圧部は、前述したように、典型的には、気体は通すが液体は通さない通気膜を備えた通気孔でよい。走行用のモータに電力を供給するのでパワーケーブルは比較的に太く、さらに、３相交流モータを走行用に備える電気自動車では、パワーケーブルも３本必要となり、パワーケーブルを接続する開口部も相応の大きさを有することになる。それゆえ開口部カバーも相応の面積を有するので、調圧部を設けるのに好都合である。そして、通常、開口部カバーは樹脂で作られているので、金属製のケースに調圧部を設けるより樹脂製の開口部カバーに調圧部を設ける方が製造し易く低コストで実現できる。

開口部カバーは開口部を密封しなければならない。そこで、開口部カバーは、開口部の周囲に面シールを伴って固定される樹脂製の枠と、軸シールを伴って枠に嵌合する樹脂製のキャップで構成されている。カバーを枠とキャップで構成し、枠は筐体に対しては面シールで密着し、キャップは軸シールで枠に密着する。そのような構造を採用することで、調圧部を設けたキャップだけを容易に交換することができる。

上記のキャップは断面がコの字状であり、開口部内の端子にケーブルを固定するボルトと調圧部との間に空隙が確保されていることが好ましい。調圧部の内側（パワーコントロールユニットの筐体ケース内側）にも空間を設けることによって空気が流れ易くなり、通気効果が増す。なお、ここでの断面とは、開口部を含む平面に直交する面における断面を意味する。

調圧部が、気体は通すが液体は通さない通気膜を備えた通気孔である場合、通気膜は強度が高くないので、何らかの保護があった方がよい。そこで、本明細書が開示するパワーコントロールユニットでは、さらに、調圧部（通気孔）を、隙間を隔てて覆う金属製のオーバーカバーを備えていることが好ましい。金属製のオーバーカバーが通気膜を保護するとともに、オーバーカバーと通気孔の間に隙間を設けて空気の流路を確保する。また、金属製のオーバーカバーは、開口内の端子に対して外部の電磁ノイズを遮断するシールドシェルの役割も果たす。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

パワーコントロールユニットの外観を示す斜視図である。 開口部周辺の分解斜視図である。 図１のIII−III線矢視の断面における分解図である。 図１のIII−III線矢視の断面図である。

図面を参照して実施例のパワーコントロールユニット１０を説明する。なお、簡単化のため、以下ではパワーコントロールユニット（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０を単純にＰＣＵ１０と称する。ＰＣＵ１０は、電気自動車に搭載され、バッテリの電力を交流に変換して走行用のモータへ出力するデバイスである。ＰＣＵ１０は、バッテリの電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧後の直流を交流に変換するインバータ回路を備える。昇圧回路とインバータ回路の構成は説明を省略する。

図１にＰＣＵ１０の外観図を示す。ＰＣＵ１０は、走行用のモータ（不図示）を収容するドライブトレイン２０の直上に搭載される。実施例のＰＣＵ１０は、ブラケット２１によって、ドライブトレイン２０の直上に隙間２２を設けて固定される。ＰＣＵ１０とモータは、電力を供給するパワーケーブル３（図２参照）で電気的に接続される。実施例の電気自動車はドライブトレイン２０の中に走行用の３相交流モータを２個搭載しており、ＰＣＵ１０からは、ＵＶＷ３相の３本で１セットのパワーケーブルが２セット合計６本伸びている。パワーケーブル３は、ＰＣＵ１０の直下でドライブトレイン２０と接続しており、ＰＣＵ１０の直下の隙間２２を通り、ＰＣＵ１０の筐体１２の側面１２ａに設けられた開口部１３を通じてＰＣＵ側の端子と接続される。筐体１２は金属（典型的にはアルミニウム）で作られている。なお、図１では、開口部１３はシールドシェル９で覆われている。

図２に開口部１３の周辺の分解斜視図を示す。図３に図１のIII−III線矢視の断面における分解図を示す。なお、図２では、理解を助けるため、パワーケーブル３は途中で分断されていることに留意されたい。図３ではパワーケーブル３の途中から先（モータ側）は図示を省略している。

開口部１３を通して６個のＰＣＵ側端子１４が見える。別言すれば、６個のＰＣＵ側端子１４が開口部１３を通して露出している。パワーケーブル３の一方の端部は前述したようにＰＣＵ２の直下でドライブトレイン２０と接続しており、他方の端部は開口部１３にてＰＣＵ側端子１４と接続される。ドライブトレイン２０にはＵＶＷ３相交流モータが２つ搭載されているので、パワーケーブルの数は６本（ＵＶＷ３本×２セット）である。走行用モータは出力が数十キロワットと大きいため、１本１本のパワーケーブルは太く、そのパワーケーブルが６本あるため、開口部１３は相応の大きさがある。

６個のケーブル側端子２は、端子ホルダ４で支持されており、１本１本がバラバラとならないようになっている。図２では、端子ホルダ４と枠体６が別々の部品として描かれているが、これは理解を助けるためであり、実際には端子ホルダ４と枠体６は一体である。端子ホルダ４と枠体６は、樹脂の射出成型にて一体に成形される。端子ホルダ４の上面４ｂが枠体６の切欠６ｃと接合する（図２、図３参照）。以下、端子ホルダ４と枠体６を合わせたものをコネクタ枠５と称する。

コネクタ枠５はボルト３２でＰＣＵ１０の筐体１２の側面１２ａに固定される。図２では図示を省略しているが、図３に示されているように、コネクタ枠５は、開口部１３の周囲で平面状のシール材（面シール４６）を挟んで、ＰＣＵ２の筐体１２の側面１２ａにボルト３２で固定される。より詳しくは、筐体１２の側面１２ａに対して、コネクタ枠５の底面（枠体６の底面６ａと端子ホルダ４の底面４ａ）が対向し、それらの間に面シール４６を挟んでコネクタ枠５が側面１２ａに４本のボルト３２で固定される。コネクタ枠５は、筒状であり、内側は空洞である。それゆえ、端子ホルダ４を含むコネクタ枠５を筐体１２に固定した後、筒の内側にてボルト３１を通し、ＰＣＵ側端子１４とケーブル側端子２を友締めして相互に接続する。図２ではボルト３１は１本しか描かれていないが、６個のＰＣＵ側端子１４と６個のケーブル側端子２が夫々ボルト３１にて相互に固定される。

全てのＰＣＵ側端子１４とケーブル側端子２が固定された後、筒部にキャップ７を嵌合して開口部１３を閉塞する。キャップ７は樹脂製である。キャップ７は有底筒状であり、筒部の外周面７ｂがコネクタ枠５の筒部の内周面（枠体６の内周面６ｂ）と嵌合する。なお、筒部の外周面７ｂとコネクタ枠５の筒部の内周面（枠体６の内周面６ｂ）との間は、Ｏリング４７でシールされる。即ち、コネクタ枠５の筒部とキャップ７は軸シールを伴って嵌合する。

キャップ７の底部の略中央には通気孔７ａが設けられており、その通気孔７ａは、気体の通過を許容し液体の通過は許容しない通気膜８で覆われている。通気膜８には、具体的には、例えば防水透湿性素材であるゴアテックス（登録商標）が使われる。キャップ７の外側には、キャップ７とコネクタ枠５の双方を覆うシールドシェル９が取り付けられる。シールドシェル９は、コネクタ枠５を覆うように、ボルト３３で筐体１２の側面１２ａに固定される。シールドシェル９は金属製であり、通気膜８を保護するとともに、外部の電磁ノイズを遮断し、ＰＣＵ側端子１４とケーブル側端子２に電磁ノイズが加わることを防止する。

図４に、図１のIII−III線矢視における断面図を示す。図４に示すように、シールドシェル９は、隙間Ｓａを隔てて通気孔７ａを覆う。また、キャップ７は、断面（開口部１３を含む平面に交差する平面における断面）がＰＣＵ１０の内側に向かって開いているコの字形状であり、ボルト３１と通気孔７ａの間に空隙Ｓｂが確保されている。即ち、通気孔７ａの前後に空隙Ｓａ、Ｓｂが確保されている。また、シールドシェル９の下側（図のＺ軸の負方向）には、外部から通気孔７ａに通じる隙間が設けられており、図４の矢印Ａが示すように、ＰＣＵ１０の内部と外部の間で通気孔７ａを介して気体が透過できる。

以上説明したように、ＰＣＵ１０は、パワーケーブル３を接続する開口部１３を有するとともに、その開口部１３を覆う開口部カバー（コネクタ枠５とキャップ７）を備えている。開口部カバー（キャップ７）には、通気孔７ａが設けられており、その通気孔７ａには、気体は通すが液体は通さない通気膜８が取り付けられている。通気膜を通してＰＣＵ１０内部の空気が出入りできるので、ＰＣＵ１０の内圧は常に外気圧と等しく保たれる。それゆえ、ＰＣＵ１０の内外で気圧差が生じず、ＰＣＵ１０に備えられているシール部材（例えば面シール４６やＯリング４７）に内外の圧力差による荷重が加わることがない。

通気膜８は、気体は通すが液体は通さない素材で作られており、通気膜８を通じてＰＣＵ１０の内部へ水滴（雨水など）が浸入することはない。さらに、通気膜８より上方はシールドシェル９が覆っているので、水滴が通気膜８に付着することも低減されている。

また、通気孔７ａの前後に空隙が確保されているので、通気孔７ａを通じて空気がスムーズに流れる。さらに、通気膜８を有する通気孔７ａは、金属製のカバー（シールドシェル９）で覆われているので、通気膜８が何かとぶつかって破られることがない。

通気膜８を有する通気孔７ａは、パワーケーブル３を接続するための開口部１３を覆う樹脂製のカバー（キャップ７）に設けられている。パワーケーブル３は複数（実施例の場合は６本）存在し、また、１本１本が太いので、開口部１３は相応の面積を有する。従って開口部カバー（キャップ７）も相応の面積を有する。キャップ７は、相応の面積を有するので、通気孔を設けるのに好都合である。また、通気孔７ａは、樹脂製のカバー（キャップ７）の成形時に同時に成形できるので、ほとんどコストをかけずに得ることができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例では通気孔７ａは円形であったが、円形に限られるものではない。また、通気孔７ａの数も１個に限られない。気体は通すが液体は通さない通気膜８を備えた通気孔７ａが、調圧部の一例である。調圧部は、液体の浸入を防ぐと同時にパワーコントローラ内外の圧力差を緩和できるものであれば、前述の通気孔７ａに限られない。キャップ７が開口部１３を塞ぐカバーの一例に相当する。なお、コネクタ枠５が、「開口部１３を塞ぐカバー」の一部を構成してもよい。金属製のシールドシェル９がオーバーカバーの一例に相当する。

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。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、出願時請求項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：ケーブル側端子
３：パワーケーブル
４：端子ホルダ
５：コネクタ枠
６：枠体
７：キャップ
７ａ：通気孔（調圧部）
８：通気膜
９：シールドシェル
１０：パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）
１２：筐体
１３：開口部
１４：ＰＣＵ側端子
２０：ドライブトレイン
２１：ブラケット
３１、３２、３３：ボルト
４６：面シール
４７：Ｏリング

Claims (4)

1. 走行用のモータに電力を供給するパワーコントロールユニットであり、
   モータに電力を供給するケーブルを接続する端子を露出するための開口部がパワーコントロールユニットの筐体に設けられているとともに、その開口部を塞ぐカバーに、パワーコントロールユニット内外の圧力差を減少させる調圧部が設けられており、
   前記カバーは、前記開口部の周囲に面シールを伴って固定される樹脂製の枠と、軸シールを伴って枠に嵌合する樹脂製のキャップで構成されていることを特徴とする電気自動車のパワーコントロールユニット。
2. 前記調圧部は、気体を通し液体は通さない通気膜を備えた通気孔であることを特徴とする請求項１に記載のパワーコントロールユニット。
3. 前記キャップは断面がコの字状であり、前記端子にケーブルを固定するボルトと調圧部との間に空隙が確保されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーコントロールユニット。
4. 前記調圧部を、隙間を隔てて覆う金属製のオーバーカバーをさらに備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のパワーコントロールユニット。

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