JP6946960B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電力変換装置は、ケース内に種々の電子部品を収容してなる。そして、例えば、特許文献１に開示されているように、電子部品の温度等の物理量を管理等すべく、温度センサ等の物理量センサを有するものがある。物理量センサは、ケーブル等の配線によって制御基板に接続される。

特開２０１５−１４９４１９号公報

しかしながら、ケース内における、物理量センサ、制御基板、他の部品等の位置関係等によっては、物理量センサと制御基板との間の配線を配策するにあたり、スペースを確保することが困難となる場合もある。これにより、電力変換装置の小型化が困難となるおそれがある。

また、制御基板には、種々の電子部品が接続される。そのため、物理量センサの配線を接続するためだけに制御基板の領域を確保すると、その分、制御基板の面積を大きくすることとなる。制御基板の大型化は、電力変換装置の小型化において不利となり得る。
このように、電力変換装置においては、物理量センサを設けることに伴って、小型化が困難となるという課題がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、小型化しやすい電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、電子部品（２）と、
該電子部品に関する物理量を検出する物理量センサ（３）と、
上記電子部品を収容すると共に開口部（４１）を備えたケース（４）と、
上記開口部を閉塞するカバー（５）と、
上記カバーによる上記開口部の閉塞状態を検出するインターロック機構（６）と、
上記物理量センサ及び上記インターロック機構と電気的に接続される制御基板（７）と、を有し、
上記物理量センサと上記インターロック機構とは、互いに直列接続されている、電力変換装置（１）にある。

上記電力変換装置においては、上記物理量センサと上記インターロック機構とは、互いに直列接続されている。それゆえ、物理量センサとインターロック機構とを共通の配線によって、上記制御基板に接続することができる。これにより、電力変換装置のケース内における配線の配策スペースを小さくすることができる。また、制御基板の小型化も可能となる。その結果、電力変換装置の小型化が容易となる。

以上のごとく、上記態様によれば、小型化しやすい電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態１における、カバーを外した状態の電力変換装置の正面説明図。 実施形態１における、カバーを取り付けた状態の電力変換装置の正面説明図。 図２のIII−III線矢視断面説明図 実施形態１における、温度センサとインターロック機構と制御基板との、配線概念図。 実施形態１における、カバーを外した状態の電力変換装置の断面説明図。 実施形態１における、カバーを外した状態の、温度センサとインターロック機構と制御基板との、配線概念図。 実施形態１における、温度センサとインターロック機構と制御基板とからなる検出回路図。 実施形態１における、温度センサの出力電圧と温度との関係を示す線図。 実施形態１における、電力変換装置の組み立て説明図。 実施形態２における、カバーを外した状態の電力変換装置の正面説明図。 実施形態２における、カバーを取り付けた状態の電力変換装置の正面説明図。 図１１のXII−XII線矢視断面説明図 実施形態２における、温度センサとインターロック機構と制御基板との、配線概念図。 比較形態における、電力変換装置の断面説明図。 比較形態における、温度センサ及びインターロック機構の検出回路図。

（実施形態１）
電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。
電力変換装置１は、図１〜図３に示すごとく、電子部品としてのリアクトル２と、物理量センサとしての温度センサ３と、ケース４と、カバー５と、インターロック機構６と、制御基板７と、を有する。

温度センサ３は、リアクトル２の温度を検出するセンサである。つまり、温度センサ３は、電子部品に関する物理量を検出する物理量センサの一種である。なお、本実施形態においては、温度センサ３として、温度の変動に伴って電気抵抗が変動するサーミスタ素子を用いることができる。

ケース４は、リアクトル２を収容すると共に開口部４１を備えている。カバー５は、開口部４１を閉塞する部材である。インターロック機構６は、カバー５による開口部４１の閉塞状態を検出する。制御基板７は、温度センサ３及びインターロック機構６と電気的に接続される。

そして、温度センサ３とインターロック機構６とは、互いに直列接続されている。すなわち、図４に示すごとく、温度センサ３の２つの電極に接続された配線１１３は、インターロック機構６に接続されている。また、インターロック機構６は２つの配線１１７によって制御基板７に接続されている。そして、温度センサ３の一対の電極が、インターロック機構６を介して、制御基板７に接続されている。すなわち、温度センサ３は、インターロック機構６に対して、制御基板７と反対側に接続されている。

本実施形態において、インターロック機構６は、第１コネクタ対６１と第２コネクタ対６２とを有する。第１コネクタ対６１は、制御基板７に電気的に接続された基板側コネクタ６１１と、該基板側コネクタ６１１に接続されるカバー側第１コネクタ６１２とを有する。第２コネクタ対６２は、温度センサ３に電気的に接続されたセンサ側コネクタ６２１と、該センサ側コネクタ６２１に接続されるカバー側第２コネクタ６２２とを有する。カバー側第１コネクタ６１２とカバー側第２コネクタ６２２とは、カバー５に固定されていると共に互いに導通している。

第１コネクタ対６１は、基板側コネクタ６１１とカバー側第１コネクタ６１２とが嵌合して電気的に接続されるよう構成されている。第２コネクタ対６２は、センサ側コネクタ６２１とカバー側第２コネクタ６２２とが嵌合して電気的に接続されるよう構成されている。各コネクタ、すなわち、基板側コネクタ６１１、カバー側第１コネクタ６１２、センサ側コネクタ６２１、及び、カバー側第２コネクタ６２２は、それぞれ２つの端子を備えている。

図１、図３に示すごとく、基板側コネクタ６１１及びセンサ側コネクタ６２１は、共に、開口部４１に対向するように配置されている。図３、図５に示すごとく、カバー側第１コネクタ６１２及びカバー側第２コネクタ６２２は、カバー５におけるケース４側の面に配されている。そして、カバー側第１コネクタ６１２及びカバー側第２コネクタ６２２は、ケース４の内側を向いている。

カバー５が開口部４１を塞ぐようにケース４に適切に固定された状態において、図２〜図４に示すごとく、２組のコネクタ対６１、６２が、それぞれ接続される。これにより、制御基板７とインターロック機構６と温度センサ３とが、互いに電気的に接続される。これにより、制御基板７に搭載もしくは接続された制御部と、インターロック機構６及び温度センサ３との間が電気的につながる。これにより、カバー５がケース４に適切に取り付けられた状態であることが検出される。また、温度センサ３からの検出信号が、制御部へ送られる。

一方、カバー５がケース４に適切に固定されていない状態においては、２組のコネクタ対６１、６２が、それぞれ接続された状態とならない。例えば、図５に示すごとく、カバー５がケース４から外れた状態においては、図６に示すごとく、２組のコネクタ対６１、６２が、共に外れた状態となる。少なくともいずれか一方のコネクタ対６１、６２が外れた状態においては、制御基板７とインターロック機構６と温度センサ３との間に閉回路は形成されない。これにより、カバー５がケース４に適切に取り付けられていないことが検出される。また、温度センサ３からの検出信号は、制御部へ送られない。

なお、温度センサ３の信号及びインターロック機構６の信号を処理する制御部は、制御基板７に搭載されていても、他の部位に配されて制御基板７に接続されていてもよい。後者の場合、図１、図２に示すごとく制御基板７に搭載された低圧コネクタ７１を介して、電力変換装置１の外部の制御部に、上記信号を送ることができるよう構成することもできる。

温度センサ３とインターロック機構６と制御基板７からなる検出回路の一例を、図７に示す。なお、同図は、カバー５が外れた状態に相当する回路図である。
同図に示すように、サーミスタ素子からなる温度センサ３の両端子は、インターロック機構６を介して、制御基板７に接続されている。制御基板７には、検出回路の一部である、プルアップ抵抗Ｒが設けてある。温度センサ３の一方の端子は、インターロック機構６を介して、プルアップ抵抗Ｒの一端に接続されている。温度センサ３の他方の端子は、インターロック機構６を介して、制御基板７における接地配線に接続されている。

また、プルアップ抵抗Ｒとインターロック機構６との間から、温度センサ３の出力電圧Ｖｔｈを引き出す出力端子が設けてある。制御基板７に搭載もしくは接続された制御部は、出力電圧Ｖｔｈを検出する。また、プルアップ抵抗Ｒにおける温度センサ３と反対側の端子に、印加電圧Ｖｐが印加される。

カバー５がケース４に適切に取り付けられている状態においては、温度センサ３における温度に応じた抵抗値と、プルアップ抵抗Ｒの抵抗値との関係に基づき、上記温度に応じた出力電圧Ｖｔｈが検出される。すなわち、図８に示すような温度と出力電圧Ｖｔｈとの関係にしたがって、出力電圧Ｖｔｈが得られる。同図に示すように、温度が高いと、温度センサ３の抵抗値が低く、比較的低い出力電圧Ｖｔｈが検出される。また、温度が低いと、温度センサ３の抵抗値が高く、比較的高い出力電圧Ｖｔｈが検出される。

また、カバー５がケース４に適切に取り付けられず、インターロック機構６におけるいずれかのコネクタ対６１、６２が電気的に接続されていない状態においては、閉回路が断線した状態となる。そうすると、温度センサ３における抵抗値が無限大である状態と実質的に同じ状況となる。すなわち、出力電圧Ｖｔｈは、印加電圧Ｖｐと略同等の値となる。

そこで、制御部においては、出力電圧Ｖｔｈの閾値として、上限値ＶＨ及び下限値ＶＬを、以下のように設定することが考えられる。例えば、リアクトル２の管理温度の上限温度をＴＨとしたとき、これに応じた出力電圧Ｖｔｈが上限値ＶＨとなる。印加電圧Ｖｐ以下であって、リアクトル２の使用環境温度において想定される温度の下限値よりも低い温度を、ＴＬとし、これに応じた出力電圧Ｖｔｈを下限値ＶＬとする。

以上により、ＶｔｈがＶＨを超えたとき、リアクトル２の温度が高くなりすぎていると判断する。一方、ＶｔｈがＶＬ未満となったとき、インターロック機構６が作動して、カバー５が適切に取り付けられていないと判断する。

図１〜図３、図９に示すごとく、ケース４は、リアクトル２が固定された第１ケース体４０１と、制御基板７が固定された第２ケース体４０２とを有する。電力変換装置１を組立てる際には、図９に示すごとく、第１ケース体４０１にリアクトル２を、他の部品と共に組み付ける。また、第２ケース体４０２に、制御基板７及び端子台１２を、他の部品と共に組み付ける。その後、第１ケース体４０１と第２ケース体４０２とを互いに固定する。これにより、ケース４内に、リアクトル２、制御基板７及び端子台１２が、図示を省略する他の部品と共に収容された状態となる。

開口部４１は、第１ケース体４０１に形成されている。開口部４１は、第１ケース体４０１の側壁部４３の一部に形成されている。側壁部４３は、第１ケース体４０１と第２ケース体４０２とが積層された積層方向に直交する方向を向いた壁部である。

第２ケース体４０２には、端子台１２が固定されている。インターロック機構６における制御基板７に電気的に接続された基板側コネクタ６１１が、端子台１２に設けられている。端子台１２には、一端が基板側コネクタ６１１を構成する導体配線１１７が、インサートされている。この導体配線１１７における他端は、制御基板７に接続されている。

端子台１２は、電力変換装置１の出力端子（図示略）をも配設してなる。すなわち、端子台１２は、出力端子用の端子台とインターロック機構６の基板側コネクタ６１１用の端子台とを兼ねている。出力端子は、例えば、回転電機に電気的に接続された出力ケーブルのケーブルコネクタ５１が接続されるよう構成されている。

本実施形態において、図１、図２に示すごとく、カバー５の一部をケーブルコネクタ５１によって構成することができる。なお、ケーブルコネクタ５１には、部分的に窓部５１１が開口している。そして、窓部５１１は、蓋体５２によって塞がれている。上述したカバー側第１コネクタ６１２及びカバー側第２コネクタ６２２は、いずれも、蓋体５２に配設されている。そして、蓋体５２内の配線１１５によって、カバー側第１コネクタ６１２とカバー側第２コネクタ６２２とが互いに電気的に接続されている。

これにより、インターロック機構６は、カバー５の全体が、ケース４に取り付けられていない状態のみならず、蓋体５２がケーブルコネクタ５１に取り付けられていない状態をも、検出することができる。なお、図３、図５においては、カバー５におけるケーブルコネクタ５１及び蓋体５２を省略して、簡略化している。

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１においては、温度センサ３とインターロック機構６とが、互いに直列接続されている。それゆえ、温度センサ３とインターロック機構６とを共通の配線によって、制御基板７に接続することができる。これにより、電力変換装置１のケース４内における配線の配策スペースを小さくすることができる。また、制御基板７の小型化も可能となる。その結果、電力変換装置１の小型化が容易となる。

インターロック機構６は、第１コネクタ対６１と第２コネクタ対６２とを有する。第１コネクタ対６１は、基板側コネクタ６１１とカバー側第１コネクタ６１２とを有する。第２コネクタ対６２は、センサ側コネクタ６２１とカバー側第２コネクタ６２２とを有する。カバー側第１コネクタ６１２とカバー側第２コネクタ６２２とは、カバー５に固定されていると共に互いに導通している。かかる構成により、ケース４に対するカバー５の取付状態を容易かつ確実に検出することができる。

ケース４は、リアクトル２が固定された第１ケース体４０１と、制御基板７が固定された第２ケース体４０２とを有する。すなわち、温度センサ３と制御基板７とが異なるケース体に固定されている。かかる構成においても、温度センサ３からの信号を簡素な構成にて、制御基板７に送ることができる。

開口部４１は、第１ケース体４０１に形成されている。これにより、第２ケース体４０２に固定された制御基板７と電気的に接続されたコネクタ（すなわち、基板側コネクタ６１１）を、第１ケース体４０１の開口部４１に対向する位置に配置することとなる。このような構成においても、温度センサ３をインターロック機構６と接続することで、簡素な構成にて温度センサ３を制御基板７に接続することができる。

第２ケース体４０２には、端子台１２が固定されており、インターロック機構６における基板側コネクタ６１１が、端子台１２に設けられている。これにより、カバー５に配設したコネクタ（すなわちカバー側第１コネクタ６１２）を基板側コネクタ６１１に容易かつ確実に接続することができる。

温度センサ３によって温度検出する電子部品は、リアクトル２である。これにより、リアクトル２の温度異常等を容易かつ確実に検出することができる。

以上のごとく、本実施形態によれば、小型化しやすい電力変換装置を提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態は、図１０に示すごとく、インターロック機構６を構成する各コネクタ６１１、６１２、６２１、６２２が、端子を一つずつ設けた形態である。
本形態においては、図１１〜図１３に示すごとく、基板側コネクタ６１１と制御基板７との間の配線１１７は、一本の配線となる。また、カバー側第１コネクタ６１２とカバー側第２コネクタ６２２との接続配線１１５も、一本となる。さらに、センサ側コネクタ６２１と温度センサ３との間の配線１１３も、一本となる。また、温度センサ３と制御基板７とが一本の配線１１４によって接続されている。

本形態の場合も、図１１、図１２に示すごとく、カバー５がケース４に適切に取り付けられた状態において、温度センサ３とインターロック機構６と制御基板７とが一つの閉回路を形成する。

その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

（比較形態）
本比較形態は、図１４、図１５に示すごとく、インターロック機構６と温度センサ３とを、互いに独立した配線によって、制御基板７に接続した、電力変換装置９の形態である。

この場合、図１４に示すごとく、インターロック機構６と制御基板７とを接続する配線９１１と、温度センサ３を制御基板７に接続する配線９１２とが、ケース４内においてそれぞれ引き回されることとなる。そうすると、これらの配線９１１、９１２を配策するにあたり、スペースを確保することが困難となる場合もある。これにより、電力変換装置９の小型化が困難となるおそれがある。

また、制御基板７には、種々の電子部品が接続される。そのため、インターロック機構６の配線９１１に加え、温度センサ３の配線９１２を接続するために制御基板７の領域を確保すると、その分、制御基板７の面積を大きくすることとなる。制御基板７の大型化は、電力変換装置９の小型化において不利となり得る。

これに対して、実施形態１及び実施形態２における電力変換装置１は、温度センサ３とインターロック機構６とを直列接続して、制御基板７に接続している。そのため、上記のような課題を解決して、電力変換装置の小型化を図ることができる。

なお、上記実施形態においては、物理量センサとして温度センサを用いた形態を示したが、物理量センサは、これに限らず、例えば、電圧センサ、電流センサ等、他のセンサとすることもできる。また、温度センサの検出対象を、リアクトルの温度とした形態を示したが、温度センサの検出対象は、これに限らず、例えば、半導体モジュール、コンデンサ等、他の検出対象とすることもできる。

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

１ 電力変換装置
２ リアクトル（電子部品）
３ 温度センサ（物理量センサ）
４ ケース
４１ 開口部
５ カバー
６ インターロック機構
７ 制御基板

Claims (7)

1. 電子部品（２）と、
   該電子部品に関する物理量を検出する物理量センサ（３）と、
   上記電子部品を収容すると共に開口部（４１）を備えたケース（４）と、
   上記開口部を閉塞するカバー（５）と、
   上記カバーによる上記開口部の閉塞状態を検出するインターロック機構（６）と、
   上記物理量センサ及び上記インターロック機構と電気的に接続される制御基板（７）と、を有し、
   上記物理量センサと上記インターロック機構とは、互いに直列接続されている、電力変換装置（１）。
2. 上記物理量センサは、上記電子部品の温度を検出する温度センサ（３）である、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 上記インターロック機構は、第１コネクタ対（６１）と第２コネクタ対（６２）とを有し、上記第１コネクタ対は、上記制御基板に電気的に接続された基板側コネクタ（６１１）と、該基板側コネクタと接続されるカバー側第１コネクタ（６１２）とを有し、上記第２コネクタ対は、上記物理量センサに電気的に接続されたセンサ側コネクタ（６２１）と、該センサ側コネクタに接続されるカバー側第２コネクタ（６２２）とを有し、上記カバー側第１コネクタと上記カバー側第２コネクタとは、上記カバーに固定されていると共に互いに導通している、請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 上記ケースは、上記電子部品が固定された第１ケース体（４０１）と、上記制御基板が固定された第２ケース体（４０２）とを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 上記開口部は、上記第１ケース体に形成されている、請求項４に記載の電力変換装置。
6. 上記第２ケース体には、端子台（１２）が固定されており、上記インターロック機構における上記制御基板に電気的に接続された基板側コネクタ（６１１）が、上記端子台に設けられている、請求項５に記載の電力変換装置。
7. 上記電子部品は、リアクトル（２）である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。

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