JP7077979B2

JP7077979B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP7077979B2
Application number: JP2019011403A
Authority: JP
Inventors: 直樹東川
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: JP2020120039A

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とともに、壁部に形成された貫通孔を有する筐体と、筐体の外部から筐体に組み付けられるコネクタ、及び筐体の内部において回路基板とコネクタとの間に配置されるケーブル部を有するハーネスとを備える電力変換装置が知られている。ケーブル部の外周には、ケーブル部のノイズを除去するための筒状のコア（フェライトコア）が配置される。コアを備える電力変換装置では、コアの割れを抑制するためにコアを固定する必要がある。コアの固定方法としては、例えば、コアをコアカバーによって覆った後、コアカバーを固定部材（クリップやねじ等）により筐体に取り付ける方法や、テープによってコアをコネクタに直接固定する方法がある。なお、コアがコアカバーによって覆われた状態では、コア全体がコアカバーによってモールドされていてもよいし、コアの一部がコアカバーに覆われずに剥き出しになっていてもよい。

しかしながら、前者の固定方法では、筐体の内部に固定部材を配置するスペースが必要になるため、電力変換装置の大型化の要因となる。また、後者の固定方法では、テープの粘着力によってコアを固定するため、コアの固定状態が安定しない虞がある。

上記問題を解決する構造として、例えば、特許文献１や特許文献２に開示の構造が考えられる。特許文献１に開示のインターフェースケーブル接続部のように、コアカバーをコネクタに組み付ける構造の場合、コア、コアカバー、及びコネクタが一体化されるため、固定部材が不要となる。また、特許文献２に開示の信号ケーブル用のブッシングのように、コアカバーの外周に形成された溝に、筐体の貫通孔の内周面を係合させることにより、コアカバーを筐体に組み付ける構造の場合も、固定部材が不要となる。これらの構造により、固定部材の配置スペースによる電力変換装置の大型化を抑制できる。

実開平３－８８８０号公報実開昭６２－６９３３０号公報

さらに、このような電力変換装置では、筐体に対するコアカバー及びハーネスの組み付け性の向上が望まれている。
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、大型化を抑制しつつ、筐体に対するコアカバー及びハーネスの組み付け性を向上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とともに、壁部に形成された貫通孔を有する筐体と、前記筐体の外部から前記筐体に組み付けられ、本体部が前記貫通孔の内部に配置されるコネクタ、及び前記筐体の内部において、前記回路基板と前記コネクタとの間に配置されるケーブル部を有するハーネスと、前記ケーブル部が挿通される筒状のコアと、前記コアを覆うとともに、内部に前記コネクタの本体部が組み付けられた筒状のコアカバーと、を備え、前記コアカバーは、前記貫通孔の内周面と前記コネクタの本体部の外周面との間に配置されることを要旨とする。

これによれば、コアカバーは、貫通孔の内周面とコネクタの本体部の外周面とによって挟持されるため、コアカバーを筐体に固定するための固定部材が不要となる。よって、固定部材の配置スペースによる電力変換装置の大型化を抑制できる。また、コアカバーとコネクタとを組み付けた状態で、コアカバー及びコネクタの本体部を筐体の貫通孔の内部に配置することにより、貫通孔へのハーネスの挿入と同時にコアカバーを筐体に固定できる。よって、筐体に対するコアカバー及びハーネスの組み付け性を向上できる。

また、上記電力変換装置について、前記コアカバーは、前記貫通孔の内周面と対向する外周面に凸部を有し、前記貫通孔は、前記凸部が係合可能な凹部を内周面に有するのが好ましい。

これによれば、コアカバーの凸部を貫通孔の凹部に係合させることによって、筐体に対するコアカバーの固定状態を強固にできる。
また、上記電力変換装置について、前記コア及び前記コアカバーは、前記貫通孔に挿通可能であるのが好ましい。

これによれば、筐体の外部から貫通孔を介してコア及びコアカバーの一部を筐体の内部に収容し、その後、コネクタ及びコアカバーの一部を貫通孔の内部に配置できる。このため、筐体の内部からコネクタ及びコアカバーを貫通孔の内部に配置する場合と比較して、筐体内の作業スペースを必要としない。よって、電力変換装置を小型化できる。

本発明によれば、大型化を抑制しつつ、筐体に対するコアカバー及びハーネスの組み付け性を向上できる。

（ａ），（ｂ）はケース及びワイヤハーネスの斜視図。ケース及びワイヤハーネスの分解斜視図。（ａ）はワイヤハーネスの平面図、（ｂ）はワイヤハーネスの一部断面図。ケース及びワイヤハーネスの一部断面図。（ａ），（ｂ）はパワーコントロールユニットの組み付け方法を示す一部断面図。パワーコントロールユニットの別例を示す一部断面図。コアカバーの別例を示す一部断面図。

以下、電力変換装置を車載用パワーコントロールユニットに具体化した一実施形態を図１～図５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、上下方向をＺ方向で規定している。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、電力変換装置としてのパワーコントロールユニット１０は、電力変換する図示しないパワー回路と、パワー回路を制御する回路基板としての制御用回路基板１４とを備える。制御用回路基板１４が有する制御回路は、上位コントローラ用信号を入力する。パワーコントロールユニット１０は、箱状の筐体としてのケース２０を備える。ケース２０は、パワー回路及び制御用回路基板１４を収容するケース部材２１を備える。

ケース部材２１は、四角筒状である。ケース部材２１は、壁部としての第１～第４壁部２１ａ～２１ｄを有する。第１壁部２１ａは、Ｙ－Ｚ面に沿う一方の壁部であり、第２壁部２１ｂは、Ｙ－Ｚ面に沿う他方の壁部である。第３壁部２１ｃは、Ｘ－Ｚ面に沿う一方の壁部であり、第４壁部２１ｄは、Ｘ－Ｚ面に沿う他方の壁部である。ケース部材２１の開口部は、図示しない蓋部材によって閉塞される。ケース部材２１には、制御用回路基板１４が収容されている。

図１（ｂ）及び図２に示すように、ケース部材２１には、第１壁部２１ａをＸ方向に貫通する貫通孔としての第１貫通孔２５及び第２貫通孔２６が形成されている。よって、ケース部材２１の内部とケース部材２１の外部とは、第１貫通孔２５及び第２貫通孔２６を介して連通している。第１貫通孔２５には、パワーコントロールユニット１０内の装置とパワーコントロールユニット１０の外部装置とを接続するためのハーネスとしての第１ワイヤハーネス１６が挿入される。第２貫通孔２６には、パワーコントロールユニット１０内の装置とパワーコントロールユニット１０の外部装置とを接続するためのハーネスとしての第２ワイヤハーネス１７が挿入される。第１ワイヤハーネス１６は、低圧信号用の上位コントローラ用信号ワイヤハーネスであり、第２ワイヤハーネス１７は、低圧信号用のモータ用信号ワイヤハーネスである。第１貫通孔２５及び第２貫通孔２６は、Ｙ方向に並べて配置されている。図２に示すように、第１貫通孔２５の内周面には、全周に亘って凹部２５ａが形成され、第２貫通孔２６の内周面には、全周に亘って凹部２６ａが形成されている。第１壁部２１ａは、Ｙ方向において第１貫通孔２５の両側、及び第２貫通孔２６の両側に形成された計４つの図示しない取付穴を有する。各取付穴の内周面には、雌ねじが形成されている。各取付穴の雌ねじには、第１ワイヤハーネス１６及び第２ワイヤハーネス１７をケース部材２１の第１壁部２１ａに取り付けるためのボルトＢが螺合可能である。

次に、第１ワイヤハーネス１６及び第２ワイヤハーネス１７について説明する。なお、第１ワイヤハーネス１６及び第２ワイヤハーネス１７の構成は同じ構成であるため、第１ワイヤハーネス１６について詳述し、第２ワイヤハーネス１７については第１ワイヤハーネス１６と同じ符号を付すとともに詳細な説明を省略する。

図２、図３（ａ）、及び図３（ｂ）に示すように、第１ワイヤハーネス１６は、複数本の電線が束ねられたケーブル部３０と、ケーブル部３０の一端部に接続された第１コネクタ３１と、ケーブル部３０の他端部に接続された第２コネクタ３２とを有する。

第１コネクタ３１は、第１接続端子３４と、第１接続端子３４を収容する筒状の第１コネクタハウジング３５とを有する。ケーブル部３０の一端部は、第１接続端子３４に接続されている。第１コネクタ３１は、第１コネクタハウジング３５の外周面から突出する鍔部３５ａを有する。図２に示すように、鍔部３５ａには、第１コネクタハウジング３５の軸方向に貫通する２つの挿通孔３５ｈが形成されている。第１コネクタ３１において、鍔部３５ａよりもケーブル部３０側に位置する部位を本体部としての内側部位３１ａとし、鍔部３５ａを挟んで内側部位３１ａとは反対側に位置する部位を外側部位３１ｂとする。

第２コネクタ３２は、図示しない第２接続端子と、第２接続端子を収容する筒状の第２コネクタハウジング３６とを有する。ケーブル部３０の他端部は、第２接続端子に接続されている。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第２コネクタハウジング３６が制御用回路基板１４の接続部１４ａに接続されることにより、第２接続端子と制御用回路基板１４とが電気的に接続されて、第２コネクタ３２と制御用回路基板１４とが信号接続される。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第１コネクタ３１の内側部位３１ａは、シールリング４１を挿通している。また、ケーブル部３０は、筒状のコア（フェライトコア）４２に挿通されるとともに、第１コネクタ３１の内側部位３１ａの一部は、コア４２を覆う筒状のコアカバー４３の内側に嵌合されている。コア４２は、ケーブル部３０のノイズを除去する。本実施形態では、コア４２における内周面を除いた部分は、ゴム製のコアカバー４３にモールドされている。コア４２の内側、及びコアカバー４３の内側は、コア４２及びコアカバー４３の軸方向に連通している。第１コネクタハウジング３５の軸方向において、シールリング４１は、鍔部３５ａとコアカバー４３との間に配置されている。

コアカバー４３は、コアカバー４３の軸方向の一端側に位置する外周面から突出する凸部４３ａを有する。凸部４３ａは、コアカバー４３の外周面全周に亘って形成されている。コア４２及びコアカバー４３は、第１貫通孔２５に挿通可能である。

図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図４に示すように、第１ワイヤハーネス１６が第１貫通孔２５に挿入された状態では、ケーブル部３０、第２コネクタ３２、コア４２、及びコアカバー４３における凸部４３ａとは反対側の部位は、ケース部材２１の内部に配置されている。ケーブル部３０は、制御用回路基板１４と第１コネクタ３１との間に配置されている。また、図４に示すように、第１コネクタ３１の内側部位３１ａ、シールリング４１、及びコアカバー４３における第１コネクタ３１が嵌合された部分は、第１貫通孔２５の内部に配置されている。さらに、第１コネクタ３１の鍔部３５ａ及び外側部位３１ｂは、ケース部材２１の外部に配置されている。

コアカバー４３の軸方向の一部は、第１コネクタ３１の内側部位３１ａの外周面と、第１貫通孔２５の内周面との間に配置されている。コアカバー４３の内周面は、第１コネクタ３１の内側部位３１ａと対向し、コアカバー４３の外周面は、第１貫通孔２５の内周面と対向している。第１コネクタ３１及びコアカバー４３は、コアカバー４３が第１コネクタ３１の内側部位３１ａの外周面と、第１貫通孔２５の内周面とによって挟持されることにより、ケース部材２１に固定されている。また、本実施形態では、コアカバー４３の凸部４３ａは、第１貫通孔２５の凹部２５ａに係合されている。

次に、パワーコントロールユニット１０の組み付け方法の一部について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、第１ワイヤハーネス１６の第２コネクタ３２及びケーブル部３０を、シールリング４１の内側、コア４２及びコアカバー４３の内側の順に挿通する。次に、第１コネクタ３１の内側部位３１ａを、シールリング４１の内側、コアカバー４３の内側の順に嵌合する。これにより、シールリング４１、コア４２、及びコアカバー４３が第１ワイヤハーネス１６の第１コネクタ３１と一体化されるとともに、ケーブル部３０の外周にはコア４２が配置される。

次に、図５（ｂ）に示すように、シールリング４１、コア４２、及びコアカバー４３と一体化された第１ワイヤハーネス１６を、ケース２０の外部からケース２０に組み付ける。具体的には、第１ワイヤハーネス１６を第２コネクタ３２側から、ケース部材２１の第１貫通孔２５に挿入する。すると、まず、第２コネクタ３２及びケーブル部３０がこの順に第１貫通孔２５を通過してケース部材２１の内部に挿入される。

第１ワイヤハーネス１６を更に挿入すると、図４に示すように、コア４２とコアカバー４３の一部とが、第１貫通孔２５を通過してケース部材２１の内部に挿入される。また、コアカバー４３における第１コネクタ３１の内側部位３１ａが嵌合された部分は、凸部４３ａが第１貫通孔２５の内周面によって圧縮されながら、第１貫通孔２５の内側をケース部材２１の内部に向けて移動する。そして、凸部４３ａが第１貫通孔２５の凹部２５ａまで達すると、凸部４３ａは凹部２５ａに係合する。コアカバー４３は、第１貫通孔２５の内周面と、第１コネクタ３１の内側部位３１ａの外周面との間に配置され、第１コネクタ３１及びコアカバー４３は、ケース部材２１に固定される。また、第１コネクタハウジング３５の鍔部３５ａにおける内側部位３１ａ側の端面が第１壁部２１ａの外面と対向するとともに、第１コネクタ３１の鍔部３５ａの挿通孔３５ｈがケース部材２１の第１壁部２１ａの取付穴と連通する。図４では図示を省略するが、第１コネクタ３１は、挿通孔３５ｈに挿通されたボルトＢが取付穴に螺合されることにより、ケース部材２１の第１壁部２１ａに取り付けられる。その後、ケース部材２１の内部に挿入された第２コネクタ３２を、ケース部材２１に収容された制御用回路基板１４の接続部１４ａに接続する。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）コア４２を覆うコアカバー４３は、第１貫通孔２５の内周面と第１コネクタ３１の内側部位３１ａの外周面との間に配置される。つまり、コアカバー４３は、第１貫通孔２５の内周面と第１コネクタ３１の内側部位３１ａの外周面とによって挟持される。このため、コアカバー４３をケース２０に固定するための固定部材が不要となる。よって、固定部材の配置スペースによるパワーコントロールユニット１０の大型化を抑制できる。また、コアカバー４３と第１コネクタ３１とを組み付けた状態で、コアカバー４３及び第１コネクタ３１の内側部位３１ａをケース２０の第１貫通孔２５の内部に配置することにより、第１貫通孔２５への第１ワイヤハーネス１６の挿入と同時にコアカバー４３をケース２０に固定できる。よって、ケース２０に対するコアカバー４３及び第１ワイヤハーネス１６の組み付け性を向上できる。

（２）コアカバー４３は、外周面に凸部４３ａを有し、第１貫通孔２５は、凸部４３ａが係合可能な凹部２５ａを内周面に有する。コアカバー４３の凸部４３ａを第１貫通孔２５の凹部２５ａに係合させることによって、ケース２０に対するコアカバー４３の固定状態を強固にできる。

（３）コア４２及びコアカバー４３は、第１貫通孔２５に挿通可能である。この場合、ケース２０の外部から第１貫通孔２５を介してコア４２及びコアカバー４３の一部をケース２０の内部に収容し、その後、第１コネクタ３１及びコアカバー４３の一部を第１貫通孔２５の内部に配置できる。よって、ケース２０の内部から第１コネクタ３１及びコアカバー４３を第１貫通孔２５の内部に配置する場合と比較して、ケース２０内の作業スペースを必要としない。その結果、パワーコントロールユニット１０を小型化できる。

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。
○ 信号ワイヤハーネスの数は、２に限定されず、１であってもよいし、３以上であってもよい。また、ケース２０の貫通孔の数は、信号ワイヤハーネスの数に応じて変更してよい。

○ 第１貫通孔２５及び第２貫通孔２６の配置は適宜変更してよい。例えば、第１貫通孔２５と第２貫通孔２６は、Ｙ方向に並べて配置されていなくてもよい。また、例えば、第１貫通孔２５及び第２貫通孔２６は、第２～第４壁部２１ｂ～２１ｄに形成されてもよい。

○ コア４２は、コアカバー４３によってモールドされていなくてもよい。この場合、例えば、コアカバー４３にコア４２を嵌合可能な溝を形成し、この溝にコア４２を嵌合することにより、コア４２とコアカバー４３とを一体化する。

○ 図６に示すように、第１貫通孔２５の凹部２５ａを省略してもよい。この場合、コアカバー４３の凸部４３ａと第１貫通孔２５の内周面との間に働く摩擦力により、コアカバー４３が第１貫通孔２５の内部から抜けないようになっている。

○ コアカバー４３の凸部４３ａを凹部に変更するとともに、第１貫通孔２５の凹部２５ａを凸部に変更してもよい。この場合も、コアカバー４３の凹部に第１貫通孔２５の凸部を係合させることによって、ケース２０に対するコアカバー４３の固定状態を強固にできる。

○ コアカバー４３が第１貫通孔２５の内部から抜けないのであれば、コアカバー４３の材質を適宜変更してもよい。
例えば、図７に示すように、コアカバー４３は、樹脂によって形成され、コア４２を覆う筒状のカバー本体４４と、カバー本体４４の外周に取り付けられたゴム製のＯリング４５とを有していてもよい。この場合、Ｏリング４５が、上記実施形態の凸部４３ａの代わりとなる。

○ コアカバー４３は、圧入により第１貫通孔２５に挿通されてもよい。
○ シールリング４１とコアカバー４３は、一体形成されていてもよい。この場合、パワーコントロールユニット１０の部品点数を低減できる。また、第１コネクタ３１及びコアカバー４３を第１貫通孔２５の内部に配置するだけで、第１コネクタ３１の内側部位３１ａの外周面と第１貫通孔２５の内周面との間をシールできる。

上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）前記コアカバーは、ゴム製であり、前記貫通孔の内周面と対向する外周面に凸部を有する。

（ロ）前記コアカバーは、樹脂によって形成され、前記コアを覆う筒状のカバー本体と、前記カバー本体の外周に取り付けられたゴム製のＯリングとから構成されている。
（ハ）前記コネクタの本体部の外周面と前記貫通孔の内周面との間をシールするシールリングを備え、前記シールリングは、前記コアカバーと一体形成されている。

１０…電力変換装置としてのパワーコントロールユニット、１４…回路基板としての制御用回路基板、１６…ハーネスとしての第１ワイヤハーネス、１７…ハーネスとしての第２ワイヤハーネス、２０…筐体としてのケース、２１ａ…壁部としての第１壁部、２１ｂ…壁部としての第２壁部、２１ｃ…壁部としての第３壁部、２１ｄ…壁部としての第４壁部、２５…貫通孔としての第１貫通孔、２５ａ…凹部、２６…貫通孔としての第２貫通孔、２６ａ…凹部、３０…ケーブル部、３１…コネクタとしての第１コネクタ、３１ａ…本体部としての内側部位、４２…コア、４３…コアカバー、４３ａ…凸部。

Claims

回路基板を収容するとともに、壁部に形成された貫通孔を有する筐体と、
前記筐体の外部から前記筐体に組み付けられ、本体部が前記貫通孔の内部に配置されるコネクタ、及び前記筐体の内部において、前記回路基板と前記コネクタとの間に配置されるケーブル部を有するハーネスと、
前記ケーブル部が挿通される筒状のコアと、
前記コアを覆うとともに、内部に前記コネクタの本体部が組み付けられた筒状のコアカバーと、
を備え、
前記コアカバーは、前記貫通孔の内周面と前記コネクタの本体部の外周面との間に配置されることを特徴とする電力変換装置。
前記コアカバーは、前記貫通孔の内周面と対向する外周面に凸部を有し、前記貫通孔は、前記凸部が係合可能な凹部を内周面に有する請求項１に記載の電力変換装置。
前記コア及び前記コアカバーは、前記貫通孔に挿通可能である請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。