JP6209997B2 - 車載電気機器 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、車両に搭載する電気機器に関する。

車両には多くの電気機器が搭載される。この電気機器同士を接続するために、電気機器にはコネクタが設けられる。例えば、特許文献１に、電気機器におけるコネクタの構造が開示されている。特許文献１に示されているように、コネクタは、電気機器内部の基板に接続され、電気機器のケース上面に設けられた筒部を貫通するように設けられている。そして、この筒部の内面とコネクタの外周面の間の隙間には、電気機器内への水の侵入を防止するためのシール部材が備えられている。

電気機器のケースは、製造コストを考慮し、例えばプレス成形等により、薄板で作られている。車両のメンテナンス時に工具が落下するなど、この電気機器のケース上面に外力が作用すると、そのケース上面が変形する場合がある。ケース上面が変形すると、その変形に起因してケース上面に設けられた筒部が変形する虞がある。この場合、筒部とコネクタの間の隙間が拡がり、この隙間に備えられているシール部材の封止性能が低下する虞がある。

特許文献１には、ケース上面が変形しても上記の隙間に備えられたシール部材の封止性能を維持する技術が開示されている。特許文献１のコネクタには、コネクタを基板と共にケース下面に固定する固定部と、ケース上面に当接するリブが設けられている。この構成により、筒部の周囲のケース上面は、コネクタに設けられたリブにより上下方向に支持される。よって、ケース上面に外力が作用しても、筒部がコネクタにより支持されることでその変形が防止され、筒部とコネクタの間の隙間が拡大するのを防止することができる。

特開２０１３−２１８８７０号公報

本明細書では、車載電気機器において、特許文献１とは異なる構造で筒部の変形を防止することにより、ケース上面に設けられた筒部と筒部を貫通しているコネクタの間に備えられたシール部材の封止性能を高める技術を開示する。

本明細書が開示する車載電気機器は、ケースの上面から上方に伸びており、内側に貫通孔が設けられている筒部と、筒部の内側に配置されているコネクタと、筒部の内面とコネクタの外周面との隙間を封止するシール部材を備えている。そして、ケースの上面（以下、ケース上面）に、筒部を囲むように、筒部に近い側が低く筒部から遠い側が高くなっている段差が設けられている。段差の上段面が上に凸になるように湾曲している。ここで、筒部が上面の中心ではなく縁へ片寄って設けられている場合、上記の段差は、筒部と縁の距離が大きい側で設けられていればよく、筒部と縁の距離が小さい側では、必ずしも段差はなくともよい。筒部と縁の間の距離が小さい箇所では、ケース上面の変形が生じ難いからである。ただし、段差が後述するようにケース上面の強度を高めるためには、上方からみて段差が筒部を少なくとも半周以上囲っていることが好ましい。また、ケース上面の強度を高めるためには、段差は直角であることが好ましいが、段差の上段面と下段面の間が傾斜していてもよい。

この構成によれば、ケースの上下方向（筒部の延伸方向）と交差する方向から見た段差の断面形状は、２箇所の角を有する略Ｚ字形状を成している。よって、この段差が設けられている部分のケース上下方向における断面二次モーメントは、段差が無く平板である場合に比べて高くなる。つまり、ケース上面は段差が設けられている部分で強度が高められる。ここで、ケース上面において段差とケース上面の縁の間（上段面）にケース上方から外力が作用した場合、上段面は強度の高い段差を支点にして変形する。このため、この外力によるケース上面の変形は上段面の内側に留まり、この外力による変形の影響は筒部まで及び難くなっている。特に、上段面に高さ方向から外力が作用した場合、湾曲した上段面が下方につぶれるように変形し、外力によるケース上面の変形は、上段面の内側に留まり易くなる。つまり、ケース上面（上段面）に作用する外力による筒部の変形を抑制することができる。したがって、筒部とコネクタの間の隙間が拡がることが防止され、この隙間に配置されているシール部材の封止性能を維持することができる。

本明細書が開示する技術は、電気機器のケース上面に設けられた筒部とその筒部を貫通しているコネクタの間を封止しているシール部材に関し、ケース上面に外力が作用してもその封止性能が維持されるようにする。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。

第１実施例の車載電気機器（インバータ）の分解斜視図である。 図１のII−II線における断面図である。 図２の断面図の部分拡大図である。 比較例のインバータの断面図であって図３と同様の部分拡大図である。 第２実施例のインバータの図２と同様の断面図である。 第３実施例のインバータの斜視図である。 第３実施例のインバータの図２と同様の断面図である。

図面を参照して第１実施例の車載電気機器を説明する。実施例の車載電気機器は、メインバッテリからの直流電力を交流電力に変換し、その変換した電力を電動車両の走行用モータに供給するインバータ２００である。インバータ２００には、インバータ回路が内蔵されており、そのインバータ回路により直流電力が交流電力に変換される。インバータ２００は、走行用モータと共に電動車両のフロントコンパートメント内に収容されている。

図１に示すように、インバータ２００は、矩形の箱であるケース本体４とケースカバー２により構成されたケース４０に、基板５とパワーユニット６が取り付けられた取付台３が収容されることで構成される。取付台３は、ケース本体４の幅方向（Ｘ軸方向）から見ると、Ｈ字の形状をしている。取付台３のＨ字形状の上側の凹部には、基板５が収容されており、取付台３のＨ字形状の下側の凹部にはパワーユニット６が収容されている。なお、図中では、基板５は模式的に平板で描かれており、パワーユニット６は模式的に直方体で描かれていることに留意されたい。また、説明の便宜上、以下では、図中の座標系に示すＸ軸方向をインバータ２００の「幅方向」と称し、Ｙ軸方向を「長さ方向」と称し、Ｚ軸方向を「高さ方向」と称する。

パワーユニット６は、上記のインバータ回路に用いられるパワー素子（半導体素子）とコンデンサが一つにまとめられており、それらがインバータ回路を構成するようにバスバにより接続されているユニット部品である。パワー素子及びコンデンサにはメインバッテリから高圧の電力が供給される。なお、図中では、パワーユニット６とメインバッテリ及び走行用モータを接続するケーブル及びコネクタが省略されていることに留意されたい。

基板５は、パワーユニット６の各パワー素子にパルス信号を発信するためのインバータ回路用の制御基板である。図１に示すように、基板５は取付台３の平板３ａの上面に固定されている。基板６の下面には、複数の信号線が設けられており、この信号線は基板５の下方に位置する取付台３の平板３ａを貫通して、パワーユニット６に向かって伸びている。この信号線はパワーユニット６に備えられたパワー素子のゲート電極に接続されている。この信号線を介して、基板５から発信されたパルス信号がインバータ回路のパワー素子に送信される。なお、図中では、信号線の図示が省略されていることに留意されたい。

また、基板５には、基板側コネクタ７が備えられている。基板側コネクタ７は、基板５の長さ方向（Ｙ軸方向）の一端側に片寄って備えられている。基板側コネクタ７は、直方体形状の土台７ｂとこの土台７ｂの上面から高さ方向（Ｚ軸方向）に伸びるコネクタ本体７ｃにより構成されている。コネクタ本体７ｃの横断面形状（高さ方向から見た断面形状）は、長円形状である。図２は、基板側コネクタ７を通過する断面であって図１のII−II線における断面図である。図２に示すように、基板側コネクタ７には、基板側コネクタ７を高さ方向に貫通するピン２７が備えられている。ピン２７の下側（基板側）の先端は、基板に接続されている。一方、基板側コネクタ７の上面には窪み７ｄが設けられており、ピン２７の上側の先端はその窪み７ｄの底面から突出している。図２に示すように、基板側コネクタ７のコネクタ本体７ｃは後述するケースカバー２に設けられた筒部２１の内側に配置されており、コネクタ本体７ｃの上端は筒部２１の上端よりも上方に突出している。そして、基板側コネクタ７には、基板５を外部の機器と接続するために図１に示すケーブル側コネクタ９が接続される。ケーブル側コネクタ９には、コネクタ本体７ｃの窪み７ｄに嵌合してピン２７と接続される端子が備えられている。また、ケーブル側コネクタ９には、基板側コネクタ７に接続した場合に筒部２１を覆うゴム製のキャップが備えられている。図１では、ケーブル側コネクタ９の端子はそのキャップの内側に隠れて見えないことに留意されたい。ケーブル側コネクタ９に接続されているケーブルの先には、インバータ２００やその他の車載機器を統合的に制御するパワーコントロールユニットが接続される（不図示）。

ケースカバー２について説明する。図１に示すように、ケースカバー２は、ケース本体４の上方に設けられた開口部を覆うように、ケース本体４に固定される。ケースカバー２は、板金をプレス加工することにより形成される。ケースカバー２には、筒部２１と段差２２が設けられている。筒部２１は、ケースカバー２の上面２ａから上方に伸びており、その内側に貫通孔が設けられている。また、筒部２１はケースカバー２の長さ方向（Ｙ軸方向）の一端側に片寄って設けられている。

図２に示すように、ケースカバー２がケース本体４に取り付けられたときに、基板側コネクタ７のコネクタ本体７ｃが筒部２１の内側を貫通する。筒部２１の内面の横断面形状（高さ方向からみた断面形状）は、コネクタ本体７ｃの外周面の形状に沿って長円形状となっている。

また、図１に示すように、基板側コネクタ７と筒部２１の間には円環状のシール部材８が備えられる。図２に示すように、筒部２１の内面２１ａと基板側コネクタ７のコネクタ本体７ｃの外周面７ａの間には隙間が設けられている。この隙間にシール部材８が備えられており、この隙間は、雨滴などがケース本体４に浸入しないように、シール部材８により封止されている。シール部材８はコネクタ本体７ｃの外周面の形状に沿った長円形状であり、コネクタ本体７ｃの外周面７ａを一巡するように配置されている。

段差２２は、ケースカバー２の上面２ａに、筒部２１を囲むように設けられている。図１に示すように、段差２２はケースカバー２の上方からみたときにＵ字形状をしている。図１によく表されているように、Ｕ字形状の段差２２は筒部２１を半周以上に亘って囲んでいる。このＵ字形状の開口した部分は、筒部２１が長さ方向で片寄っている側のケースカバー２の一端の側に向くように位置している。つまり、段差２２は、ケースカバー２の長さ方向（Ｙ軸方向）において、筒部２１と縁の距離が大きい側に設けられており、筒部２１と縁の距離が小さい側では設けられていない。別言すれば、段差２２の下段面２２ａは、Ｄ字形状をしており、Ｄ字形状の直線部分が長さ方向で筒部２１が片寄っている側のケースカバー２の一端の側に向くように位置している。段差２２の上段面２２ｃは、長方形の一部を下段面２２ａのＤ字形状に切欠いた形状をしている。そして、下段面２２ａのＤ字形状の湾曲した縁と上段面２２ｃのＤ字形状の切欠きの湾曲した縁を繋ぐように段差側面２２ｂが設けられている。筒部２１は下段面２２ａのＤ字形状の内側に設けられており、段差側面２２ｂが筒部２１を囲むように設けられている。

図３を参照して、ケースカバー２の段差２２の構造の詳細について説明する。図３は、図２の断面図においてケースカバー２及び基板側コネクタ７を長さ方向（Ｙ軸方向）に一部省略して示した拡大図である。図３に示すように、段差２２の断面形状は、下段面２２ａと段差側面２２ｂと上段面２２ｃにより２箇所の角を有する略Ｚ字形状に形成されている。下段面２２ａは、筒部２１の根本から長さ方向（Ｙ軸方向）に伸びている。段差側面２２ｂは、下段面２２ａの筒部２１とは反対側の一端から高さ方向（Ｚ軸方向）に伸びている。そして、上段面２２ｃは、段差側面２２ｂの高さ方向に伸びた先の一端から下段面２２ａと平行に伸びている。下段面２２ａと段差側面２２ｂは直交しており、段差側面２２ｂと上段面２２ｃも直交している。別言すれば、段差２２は筒部２１に近い側（下段面２２ａ）が低く、筒部２１から遠い側（上段面２２ｃ）が高くなっている。上段面２２ｃはケースカバー２の上面２ａよりも高くなっており、上段面２２ｃの外周縁には上段面２２ｃからケースカバー２の上面２ａの外周縁に向かって下がる段差２３が設けられている。段差２３も、段差２２と同様に、その断面形状が略Ｚ字形状をしている。

上記の段差２２によれば、ケースカバー２においてこの段差２２が設けられている部分の高さ方向（Ｚ軸方向）における断面二次モーメントは、段差が無く平板である場合（図４参照）に比べ高くなっている。つまり、ケースカバー２は、段差２２が設けられている部分で図４の比較例と比べて強度が高くなっている。電動車両のフロントコンパートメント内に収容されたインバータ２００のケースカバー２には、高さ方向（Ｚ軸方向）から外力が作用する場合がある。例えば、ボンネットを開けてインバータ２００を点検する際に、作業者が工具をケースカバー２の上に落下させた場合などである。図３に示した矢印のように上段面２２ｃに高さ方向から外力Ｆが作用した場合、上段面２２ｃは符号２２ｈで示す二点鎖線のように変形する。上段面２２ｃは、平板部分よりも強度の高い段差２２と、段差２２と同様の断面形状により強度の高い段差２３を支点にしてケース下方に向かって凹むように変形する。つまり、外力Ｆによるケースカバー２の変形は、上段面２２ｃの内側に留まる。よって、段差２２を超えて筒部２１にその変形の影響が及び難くなることで、筒部２１の外力Ｆによる変形が防止される。これにより、筒部２１の内面２１ａとコネクタ本体７ｃの外周面７ａの間の隙間が拡がることが防止され、その隙間に配置されているシール部材８の封止性能を維持することができる。

ここで、段差２２の効果を説明するため、比較例として従来のインバータ８００について説明する。インバータ８００は、ケースカバーが第１実施例のインバータ２００と異なる以外、インバータ２００と同じ構成である。以下、インバータ８００のケースカバー８０２について、図４を参照して説明する。図４は、図３と同様に、インバータ８００の断面図においてケースカバー８０２及び基板側コネクタ７を長さ方向（Ｙ軸方向）に一部省略して示した拡大図である。図４に示すように、ケースカバー８０２に設けられた筒部８２１は、第１実施例のケースカバー２と同様に長さ方向（Ｙ軸方向）の一端の側に片寄って設けられている。ケースカバー８０２の上面８０２ａは段差がなく平坦である。説明の便宜上、ケースカバー８０２の上面８０２ａにおいて筒部８２１が片寄っていない側を面８２２と称する。

図４に示した矢印のように、この面８２２に高さ方向から外力Ｆが作用した場合、面８２２は符号８２２ｈで示す二点鎖線のようにケース下方に向かって凹むように変形する。ここで、筒部８２１の根本と面８２２は直接つながっている。このため、符号８２１ｈで示す二点鎖線のように、筒部８２１の側壁は面８２２の変形に付随して筒部８２１の内部を拡げる方向に変形する。したがって、筒部８２１の内面８２１ａとコネクタ本体７ｃの外周面７ａの間の隙間は、外力Ｆにより拡がることになる。この隙間が拡がることはシール部材８の封止性能を低下させることになる。

第１実施例のケースカバー２と変形例のケースカバー８０２を比較すると、第１実施例のケースカバー２の方が、ケースカバーに作用する外力による筒部の変形を防止することに対して有利な構造となる。つまり、ケースカバーに第１実施例に示すような段差を設けることで、筒部とコネクタの間に配置されたシール部材の封止性能を維持することができる。

図５を参照して、第２実施例のインバータ３００について説明する。図５は、インバータ３００を図２と同様の方向から見た断面図である。インバータ３００は、ケースカバーが第１実施例のインバータ２００と異なる以外、インバータ２００と同じ構成である。以下、インバータ３００のケースカバー３０２について、図５を参照して説明する。ケースカバー３０２の筒部３２１は、第１実施例のケースカバー２と同様に長さ方向（Ｙ軸方向）の一端の側に片寄って設けられている。第１実施例のケースカバー２と同様に筒部３２１の囲むように設けられた段差３２２の上段面３２２ｃは、図５に示すようにケース上方に凸になるように湾曲している。

図５に示した矢印のように上段面３２２ｃに高さ方向から外力Ｆが作用した場合、上段面３２２ｃは符号３２２ｈで示す二点鎖線のように湾曲した面が下方につぶれるように変形する。この外力Ｆによるケースカバー３０２の変形は、上段面３２２ｃの内側に留まりやすくなる。よって、筒部３２１の変形を防止しつつ、シール部材８の封止性能を維持することができる。

図６、７を参照して、第３実施例のインバータ４００について説明する。図６は、インバータ４００の斜視図である。図５は、インバータ４００を図２と同様の方向から見た断面図である。インバータ４００は、ケースカバーが第１実施例のインバータ２００と異なる以外、インバータ２００と同じ構成である。以下、インバータ４００のケースカバー３０２について、図６、７を参照して説明する。ケースカバー４０２の筒部４２１は、第１実施例のケースカバー２と同様に長さ方向（Ｙ軸方向）の一端の側に片寄って設けられている。ケースカバー４０２の上面４０２ａには、第１実施例と同様に、段差４２２が筒部４２１を囲むように設けられている。図６に示すように、段差４２２はケースカバー４０２の上方からみたときにケースカバー２と同様にＵ字形状をしている。ここで、段差４２２の段差側面４２２ｂは、図７によく表されているように、上段面４２２ｃと下段面４２２ａを繋ぐように傾斜して設けられている。

このような構成でも、段差が無く平板である場合（図４参照）に比べ、段差４２２が設けられている部分の高さ方向（Ｚ軸方向）における断面二次モーメントが高くなっている。つまり、ケースカバー４０２は段差４２２が設けられている部分で強度が高まっており、第１実施例と同様の効果を得ることができる。したがって、第１実施例と同様に、ケースカバー４０２の上面４０２ａ（上段面４２２ｃ）に上方から外力が作用しても、その外力による筒部４２１の変形が防止され、シール部材８の封止性能を維持することができる。なお、段差の断面形状は断面二次モーメントを高める効果を得るためにも直角である方が有利である。段差側面４２２ｂは、直角に近い斜面であることが好ましい。

なお、「ケースカバーの上面」が「ケースの上面」の一例である。また、「インバータ」が「車載電気機器」の一例である。

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。本明細書で開示する技術はインバータ以外の他の電気機器に採用することもできる。例えば、電圧コンバータや電圧コンバータとインバータを一つにまとめた電力変換器、若しくはパワーコントロールユニットに採用しても良い。

また、筒部の位置はケースカバーの上面の一端の側に片寄っていなくても良い。例えば、ケースカバーの中央に位置していても良い。この場合、外力による筒部の変形を防止するため、筒部の全周を囲むようにケースカバーの上面に段差が設けられることが好適である。また、ケースカバーの製造方法はプレス加工に限られない。例えば、射出成形等により、樹脂材料を用いて製造してもよい。

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、３０２、４０２、８０２：ケースカバー
３：取付台
４：ケース本体
５：基板
６：パワーユニット
７：基板側コネクタ
７ｃ：コネクタ本体
７ａ：コネクタ本体の外周面
８：シール部材
９：ケーブル側コネクタユニット
２１、３２１、４２１、８２１：筒部
２１ａ、３２１ａ、４２１ａ、８２１ａ：筒部の内面
２２、３２２、４２２、２３：段差
４０：ケース
２００、３００、４００、８００：インバータ

Claims (1)

1. ケースの上面から上方に伸びており、内側に貫通孔が設けられている筒部と、
   前記筒部の内側に配置されているコネクタと、
   前記筒部の内面と前記コネクタの外周面の隙間を封止するシール部材と、
   を備えており、
   前記ケースの上面に、前記筒部を囲むように、前記筒部に近い側が低く前記筒部から遠い側が高くなっている段差が設けられており、
   前記段差の上段面が上に凸になるように湾曲していることを特徴とする車載電気機器。

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