JP6036657B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、本体ケースと、該本体ケースの本体開口部を塞ぐ本体カバーと、上記本体ケースに取り付けられたコネクタとを備える電力変換装置に関する。

例えば直流電力と交流電力とを変換する電力変換装置として、外郭を構成する本体ケースと、該本体ケースの本体開口部を塞ぐ本体カバーと、上記本体ケースに取り付けられたコネクタとを備えるものが知られている（下記特許文献１参照）。本体ケース内には、電力変換回路を構成する装置本体部が収容されている。上記コネクタは、上記装置本体部と電源とを電気的に接続するために設けられている。

コネクタは、外郭を構成するコネクタケースと、該コネクタケースのコネクタ開口部を覆うコネクタカバーとを備える。コネクタケースの内部には、ヒューズ等が設けられている。ヒューズが溶断したときには取替え作業を行う必要があり、この取替え作業を行う場合等に、上記コネクタカバーを取り外すことがある。このとき電力変換装置が稼働していると、作業者がコネクタの内部に触れて、感電するおそれがある。そのため電力変換装置には、コネクタカバーを取り外したときに、上記電源からの電力供給を自動的に停止するインターロック機構を設けてある。これにより、電力変換装置の安全性を高めている。

近年、電力変換装置の安全性をより高める試みがなされている。例えば、上記本体カバーは、通常は、取り外す作業が行われないものであるが、万一、電力変換装置が稼働しているときに本体カバーが取り外された場合でも、電力供給を自動的に停止できるようにすることが検討されている。

特開２０１３−２０８２２号公報

しかしながら、上記電力変換装置は、上記コネクタカバーに既にインターロック機構を設けてあるため、本体カバー専用のインターロック機構を別途設けると、２つのインターロック機構が必要となり、電力変換装置の製造コストが上昇するという問題が生じる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、作業者が本体カバーを取り外そうとしたときに電力供給を自動的に停止できる電力変換装置を、低コストで提供しようとするものである。

本発明の一態様は、電力変換回路を構成する装置本体部と、
該装置本体部を収容する本体ケースと、
該本体ケースの本体開口部を塞ぐ本体カバーと、
該本体カバーを上記本体ケースに締結する複数の締結部材と、
上記本体ケースに取り付けられ、上記装置本体部と電源とを電気的に接続するコネクタと、
該コネクタの外郭を構成するコネクタケースに形成されたコネクタ開口部を塞ぐコネクタカバーと、
該コネクタカバーを上記コネクタケースから取り外したときに、上記電源からの電力供給を停止させるインターロック機構とを備え、
上記コネクタカバーは、上記複数の締結部材のうち少なくとも一つの締結部材を締結方向から覆う遮蔽部を有することを特徴とする電力変換装置にある。

上記電力変換装置においては、コネクタカバーに、上記締結部材を上記締結方向から覆う遮蔽部を形成してある。
そのため、作業者が本体カバーを取り外そうとしたときに電力供給を自動的に停止できる電力変換装置を、低コストで製造することが可能になる。すなわち、上記電力変換装置では、コネクタカバーに上記遮蔽部を形成してあるため、このコネクタカバーを先に取り外さなければ、締結部材を取ることができず、本体カバーを取り外すことができない。また、上記電力変換装置には、上記インターロック機構を設けてあるため、コネクタカバーが取り外されたときには、電力供給が停止される。つまり、上記構成にすると、作業者が本体カバーを取り外そうとするときには、本体カバーよりも先にコネクタカバーを取り外す必要が生じるため、このコネクタカバー用に設けたインターロック機構によって、電力供給を停止させることが可能になる。そのため、本体カバーには、電力供給を停止させる機構を特に設ける必要がなくなる。したがって、低コストで、作業者が本体カバーを取り外そうとしたときに電力供給を自動的に停止できる電力変換装置を提供することが可能になる。

以上のごとく、本発明によれば、作業者が本体カバーを取り外そうとしたときに電力供給を自動的に停止できる電力変換装置を、低コストで提供することができる。

実施例１における、電力変換装置の一部の側面図。 図１のII矢視図。 コネクタカバーを取り外した状態における、図１のIII矢視図。 実施例１における、電力変換装置の全体斜視図。 実施例１における、コネクタの斜視図。 コネクタカバーを取り外した状態における、電力変換装置の要部拡大平面図。 実施例１における、本体カバーおよびコネクタカバーを取り外した電力変換装置の平面図。 図７のVIII-VIII断面図。 図７のIX-IX断面図。 実施例１における、インターロック機構の説明図。 実施例１における、電力変換装置の回路図。 実施例２における、コネクタの断面図。 実施例３における、電力変換装置の一部の側面図。

上記電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための車載用電力変換装置とすることができる。

（実施例１）
上記電力変換装置に係る実施例について、図１〜図１１を用いて説明する。図７に示すごとく、本例の電力変換装置１は、電力変換回路１０（図１１参照）を構成する装置本体部１１と、該装置本体部１１を収容する本体ケース２とを備える。また、図４に示すごとく、本例の電力変換装置１は、本体カバー２０と、複数の締結部材５と、コネクタ３と、コネクタカバー３０とを備える。

本体カバー２０は、本体ケース２の本体開口部２１を塞いでいる。コネクタ３は、装置本体部１１と電源１２（図１１参照）とを電気的に接続している。図１〜図３に示すごとく、コネクタ３は、本体ケース２に取り付けられている。コネクタカバー３０は、コネクタ３の外郭を構成するコネクタケース３７に形成されたコネクタ開口部３１を塞いでいる。

また、図１０に示すごとく、本例の電力変換装置１には、コネクタカバー３０をコネクタケース３７から取り外したときに、電源１２からの電力供給を停止させるインターロック機構４が設けられている。
図２に示すごとく、コネクタカバー３０は、複数の締結部材５のうち少なくとも一つの締結部材５（５ａ）を締結方向（Ｚ方向）から覆う遮蔽部６を有する。

本例の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置である。

図１１に示すごとく、本例の電力変換装置１は、電源１２（直流電源）の直流電圧を交流電圧に変換して、交流負荷８８を駆動させるために用いられる。コネクタ３は、内部で配線が分岐しており、このコネクタ３を介して、電源１２の電力の一部を外部機器８６に供給するよう構成してある。コネクタ３内にはヒューズ７が設けられている。外部機器８６に過電流が流れたときにヒューズ７が溶断し、外部機器８６を保護するようになっている。また、コネクタ３と電源１２との間には、後述するリレー８５ａ，８５ｂが設けられている。

図３に示すごとく、コネクタ３は、本体ケース２に、コネクタ固定ボルト３９によって固定されている。コネクタ３は、電源接続部１２１と外部接続部８６１とを備える。電源接続部１２１には、電源１２に電気接続するための電源用配線１２０が取り付けられる。また、外部接続部８６１には、上記外部機器８６に電気接続するための外部用配線８６０が取り付けられる。

一方、図７、図８に示すごとく、本体ケース２とコネクタケース３７とは、それぞれ同一方向に開口している。上述したように、本体ケース２の本体開口部２１に本体カバー２０を取り付け、コネクタケース３７のコネクタ開口部３１にコネクタカバー３０を取り付けてある。図４に示すごとく、本体カバー２０は、締結部材５によって締結するための平坦部２０１と、該平坦部２０１よりもケース外側に膨出した膨出部２０２とを備える。また、本体カバー２０を本体ケース２に締結する複数の締結部材５のうち、コネクタカバー３０に最も近い締結部材５ａを、遮蔽部６によってＺ方向から覆っている。

図１に示すごとく、本例の締結部材５ａはボルトである。締結部材５ａを抜き取るためには、六角レンチ等の工具を用いる必要があるが、本例ではコネクタカバー３０に遮蔽部６を設けてあるため、コネクタカバー３０を取り付けた状態では、工具をＺ方向から締結部材５ａに嵌め込むことができない。また、締結部材５ａと遮蔽部６との間には隙間Ｇが設けられている。隙間ＧのＺ方向長さは、締結部材５ａの軸部５０のＺ方向長さよりも短い。そのため、コネクタカバー３０を取り付けた状態で、Ｙ方向からモンキーレンチ等を差し込んで締結部材５ａを無理に緩めようとしても、取り外しができない構造になっている。
なお、本例では締結部材５ａとしてボルトを用いているが、螺子でもよい。

遮蔽部６は、第１部分６１と第２部分６２とを備える。第１部分６１は、コネクタカバー３０からＺ方向に突出している。第２部分６２は、第１部分６２から、コネクタ３の挿入方向（Ｘ方向）に延出している。図２に示すごとく、本例では、Ｚ方向から見たときに、締結部材５ａの全ての部位が遮蔽部６によって遮蔽されるのではなく、一部分のみが遮蔽されるようにしてある。これにより、遮蔽部６と本体カバー２０との間に締結部材５ａが存在することを、作業者が容易に視認できるようにしてある。

また、図１に示すごとく、本例では、本体カバー２０に防水ダム２０３を形成してある。防水ダム２０３は、本体カバー２０の、Ｘ方向におけるコネクタケース３７側の端部に、Ｚ方向へ突出するよう形成されている。防水ダム２０３は、図２に示すごとく、Ｚ方向とＸ方向との双方に直交する幅方向（Ｙ方向）に延出している。本体カバー２０上に滴下した水滴がコネクタ３側に流れ落ちることを、防水ダム２０３によって防止している。これにより、コネクタカバー３０の防水性を高めている。

図５に示すごとく、コネクタ３は、上記コネクタケース３７と、嵌合部３２と、シール部材３４と、台座部３３と、正極端子３５と、負極端子３６とを備える。コネクタケース３７内には、上記ヒューズ７と、インターロック機構４のコネクタ側部分４１とが配されている。嵌合部３２は、コネクタケース３７からＸ方向に突出しており、楕円柱状に形成されている。この嵌合部３２を、本体ケース２に形成した貫通孔２９（図８参照）に挿入し、コネクタ固定ボルト３９（図２参照）を使って、コネクタケース３７を本体ケース２に固定するよう構成されている。また、台座部３３は、嵌合部３２からＸ方向に突出している。台座部３３には、装置本体部１１に電気接続される正極端子３５および負極端子３６を載置してある。

図２に示すごとく、コネクタカバー３０は、コネクタカバー用ボルト３８によって、コネクタケース３７に固定されている。コネクタケース３７には、図５に示すごとく、コネクタカバー用ボルト３８が螺合する雌螺子部３８０が形成されている。

次に、インターロック機構４の説明をする。図１０に示すごとく、コネクタケース３７内には、上述したインターロック機構４のコネクタ側部分４１が設けられており、コネクタカバー３０には、カバー側部分４２が設けられている。コネクタ側部分４１は、２個の凹部４１１と、各々の凹部４１１に接続したコネクタ側配線４１２とを備える。２本のコネクタ側配線４１２は、装置本体部１１の動作制御をする制御回路基板１９（図１１参照）に電気接続している。また、カバー側部分４２は、２個の凸部４２１と、該２個の凸部４２１を繋ぐカバー側配線４２２とを備える。

コネクタカバー３０をコネクタケース３７に取り付けると、凸部４２１が凹部４１１に嵌合し、２本のコネクタ側配線４１２の間が導通状態になる。制御回路基板１９は、コネクタ側配線４１２が上記導通状態になっており、さらに装置本体部１１を稼働させる命令が外部から入力された場合のみ、リレー８５ａ，８５ｂをオンにする。

また、コネクタカバー３０をコネクタケース３７から取り外すと、凸部４２１が凹部４１１から引き抜かれ、２本のコネクタ側配線４１２の間が非導通状態になる。制御回路基板１９は、コネクタ側配線４１２が上記非導通状態になったときには、リレー８５ａ，８５ｂを強制的にオフにする。これにより、作業者がコネクタ３内に触れて感電することを防止している。

次に、装置本体部１１の構造について説明する。図７、図８に示すごとく、本例の装置本体部１１は、複数の半導体モジュール８と、該半導体モジュール８を冷却する冷却管８４と、平滑用のコンデンサ１３と、昇圧用のリアクトル１４とを備える。本例では、半導体モジュール８と冷却管８４とを積層して積層体１１０を構成してある。

図９に示すごとく、半導体モジュール８は、半導体素子８７（図１１参照）を封止する封止部８０と、該封止部８０から突出した制御端子８１及びパワー端子８２を備える。パワー端子８２には、直流電圧が加わる正端子８２ａ及び負端子８２ｂと、交流負荷８８に接続される交流端子８２ｃとがある。制御端子８１は、制御回路基板１９に接続している。また、制御回路基板１９は、補助制御回路基板１９０に接続している。補助制御回路基板１９０は、本体カバー２０の上記膨出部２０２内に配されている。

制御回路基板１９は、半導体素子８７のスイッチング動作を制御している。これにより、正端子８２ａと負端子８２ｂとの間に加わる直流電圧を交流電圧に変換し、交流端子８２ｃから出力している。正端子８２ａと負端子８２ｂは、図示しない直流バスバーによって、コンデンサ１３の端子１３０に接続されている。また、交流端子８２ｃには、交流バスバー８２０の一端８２１が接続している。交流バスバー８２０の他端８２２は、出力コネクタ取付孔８９から視認できる位置に配されている。

また、積層体１１０に対してＺ方向に隣り合う位置には、ＤＣ−ＤＣコンバータ８０１が配されている。

図７、図８に示すごとく、本体ケース２内には、加圧部材１５（板ばね）を収容してある。この加圧部材１５によって、積層体１１０を、本体ケース２のリアクトル収容壁１４０に向けて押圧している。これにより、冷却管８４と半導体モジュール８との接触圧を確保しつつ、積層体１１０を本体ケース２内に固定している。

また、図７に示すごとく、Ｘ方向に隣り合う２つの冷却管８４は、Ｙ方向における両端部において、連結管８４１によって連結されている。複数の冷却管８４のうち、Ｘ方向における一端に位置する端部冷却管８４ａには、冷媒１８を導入するための導入パイプ１６と、冷媒１８を導出するための導出パイプ１７とが取り付けられている。冷媒１８を導入パイプ１６から導入すると、冷媒１８は連結管８４１を通って全ての冷却管８４内を流れ、導出パイプ１７から導出する。これにより、半導体モジュール８を冷却している。

また、図８に示すごとく、本例では、コネクタカバー３０をコネクタケース３７から取り外したときに電力供給を停止するインターロック機構４を設けてあるが、本体カバー２０を本体ケース２から取り外したときに電力供給を停止する機構は設けていない。すなわち、コネクタ側部分４１やカバー側部分４２に相当する部品は、本体ケース２および本体カバー２０には設けていない。

次に、電力変換装置１の回路図の説明をする。図１１に示すごとく、本例の電力変換装置１は、昇圧部８０２とインバータ部８０３とを備える。電力変換装置１を稼働させるときには、制御回路基板１９は、リレー８５ａ，８５ｂをオンにする。そして、昇圧部８０２を構成する半導体モジュール８ａの半導体素子８７ａをオンオフ動作させて、直流電圧を昇圧する。昇圧した電圧は、コンデンサ１３によって平滑化される。また、制御回路基板１９は、インバータ部８０３を構成する半導体モジュール８ｂの半導体素子８７ｂをオンオフ動作させる。これにより、平滑化した直流電圧を交流電圧に変換し、交流負荷８８を駆動するよう構成されている。

本例の作用効果について説明する。図１、図２に示すごとく、本例の電力変換装置１は、コネクタカバー３０に、締結部材５ａをＺ方向から覆う遮蔽部６を形成してある。
そのため、作業者が本体カバー２０を取り外そうとしたときに電力供給を自動的に停止できる電力変換装置１を、低コストで製造することが可能になる。すなわち、本例の電力変換装置１では、コネクタカバー３０に上記遮蔽部６を形成してあるため、このコネクタカバー３０を先に取り外さなければ、締結部材５ａを取ることができず、本体カバー２０を取り外すことができない。また、本例の電力変換装置１には上記インターロック機構４を設けてあるため、コネクタカバー３０が取り外されたときには、電力供給が停止される。つまり、上記構成にすると、作業者が本体カバー２０を取り外そうとするときには、本体カバー２０よりも先にコネクタカバー３０を取り外す必要が生じるため、このコネクタカバー３０用に設けたインターロック機構４によって、電力供給を停止させることが可能になる。そのため、本体カバー２０には、電力供給を停止させる機構を特に設ける必要がなくなる。したがって、低コストで、作業者が本体カバー２０を取り外そうとしたときに電力供給を自動的に停止できる電力変換装置１を提供することが可能になる。

また、本例では図２に示すごとく、遮蔽部６によって締結部材５ａを全て遮蔽するのではなく、締結部材５ａの一部分のみを遮蔽している。そして、Ｚ方向から見たときに、締結部材５ａの他の部分を視認できるよう構成してある。
そのため、遮蔽部６のＸ方向長さを短くすることができ、少ない材料で、遮蔽部６を製造することが可能になる。したがって、コネクタカバー３０の製造コストを低減することができる。
また、上記構成にすると、遮蔽部６と本体カバー２０との間に締結部材５ａが設けられていることを、作業者が容易に視認することができる。そのため、本体カバー２０を取り外す前にコネクタカバー３０を取り外す必要があることを、作業者に容易に気付かせることができる。

以上のごとく、本例によれば、作業者が本体カバーを取り外そうとしたときに電力供給を自動的に停止できる電力変換装置を、低コストで提供することができる。

（実施例２）
以下の実施例においては、図面に用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例は、コネクタ３内の構造を変更した例である。図１２に示すごとく、本例では、コネクタケース３７内にヒューズ７を設けていない。この場合であっても、コネクタカバー３０を取り外すことがある。すなわち、本例の電力変換装置１では、装置本体部１１（図７参照）の入力端子１１１が貫通孔２９よりも本体ケース２の外側まで延びており、この入力端子１１１を、コネクタケース３７内において、コネクタ３のバスバー３００にボルト締結してある。ボルト３０１が緩んで、入力端子１１１とバスバー３００とが良好に接触しなくなることがあるが、この場合には、コネクタカバー３０を取り外して、ボルト３０１を締結し直すことができるよう構成されている。

また、本例では、実施例１と同様に、インターロック機構４を設けてある。これにより、電源１２（図１１参照）から装置本体部１１に電力が供給されているときにコネクタカバー３０が取り外された場合に、電力供給を強制的に停止できるようにしてある。

（実施例３）
本例は、遮蔽部６の形状を変更した例である。図１３に示すごとく、本例の遮蔽部６は、実施例１の遮蔽部６よりも、Ｘ方向に長く延びている。これにより、Ｚ方向から見たときに、遮蔽部６によって、締結部材５ａの全ての部位を遮蔽するよう構成してある。

その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。

１ 電力変換装置
１０ 電力変換回路
１１ 装置本体部
１２ 電源
２ 本体ケース
２０ 本体カバー
２１ 本体開口部
３ コネクタ
３０ コネクタカバー
３１ コネクタ開口部
３７ コネクタケース
４ インターロック機構
５ 締結部材
６ 遮蔽部

Claims (2)

1. 電力変換回路（１０）を構成する装置本体部（１１）と、
   該装置本体部（１１）を収容する本体ケース（２）と、
   該本体ケース（２）の本体開口部（２１）を塞ぐ本体カバー（２０）と、
   該本体カバー（２０）を上記本体ケース（２）に締結する複数の締結部材（５）と、
   上記本体ケース（２）に取り付けられ、上記装置本体部（１１）と電源（１２）とを電気的に接続するコネクタ（３）と、
   該コネクタ（３）の外郭を構成するコネクタケース（３７）に形成されたコネクタ開口部（３１）を塞ぐコネクタカバー（３０）と、
   該コネクタカバー（３０）を上記コネクタケース（３７）から取り外したときに、上記電源（１２）からの電力供給を停止させるインターロック機構（４）とを備え、
   上記コネクタカバー（３０）は、上記複数の締結部材（５）のうち少なくとも一つの締結部材（５ａ）を締結方向から覆う遮蔽部（６）を有することを特徴とする電力変換装置（１）。
2. 上記遮蔽部（６）によって遮蔽される上記締結部材（５ａ）は、その一部分のみが上記遮蔽部（６）によって覆われており、他の部分が上記遮蔽部（６）から露出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（１）。

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