JP7107244B2 - 電気機器 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、電気機器に関する。特に、ケースが第１ケースと第２ケースに分かれており、第１ケースに温度センサが取り付けられているとともに第２ケースに回路基板が取り付けられており、温度センサと回路基板が電気的に接続している電気機器に関する。

電気機器のケース内の実装密度を高めるため、ケースを第１ケースと第２ケースに分け、それぞれに電気部品を取り付ける構造が採用されることがある。その場合、第１ケースに取り付けられている部品と第２ケースに取り付けられている部品を電気的に接続しなければならない状況が生じ得る。その場合、第１ケースと第２ケースを連結するときにそれぞれのケースに収容されている部品が電気的に接続される構造が必要とされる。

例えば特許文献１には、第１ケースに半導体ユニットとコンデンサが収容されており、第２ケースに放電抵抗が収容されている電力変換装置が開示されている。第２ケースには、コンデンサと放電抵抗を電気的に接続するための接続部材が配置されている。第１ケースのコンデンサと第２ケースの放電抵抗は、接続部材を介して電気的に接続される。

特許文献１の電力変換装置はさらに、第１ケースには制御基板が取り付けられており、第２ケースにはリアクトルとそのリアクトルの温度を計測する温度センサが取り付けられている。上記した接続部材は、制御基板と温度センサとを接続する接続配線を固定するための配線固定部を備えている。

特開２０１５－２３７２０号公報

特許文献１に開示された電力変換装置では、第１ケースのコンデンサと第２ケースの放電抵抗を電気的に接続するための専用の接続部材を必要とする。また、第１ケースの制御基板と第２ケースの温度センサを接続する接続配線は、接続部材に設けられた配線固定部に固定される。本明細書が開示する技術は、従来よりも簡単な構造で、第１ケースに取り付けられているリアクトルの温度センサと第２ケースに取り付けられている回路基板を電気的に接続することのできる技術を提供する。

本明細書は、第１ケースにリアクトルが取り付けられているとともにそのリアクトルに温度センサが取り付けられており、第２ケースに回路基板と電流センサが取り付けられている電気機器に関する。第２ケースは、その開口（第２開口）が第１ケースの開口（第１開口）に対向するように第１ケースに連結される。回路基板には、温度センサの計測値が入力される回路が実装されている。リアクトルは、第２ケースの電流センサに向けて突出している突出部を備えている。突出部には、温度センサに導通している端子（第１端子）が取り付けられている。電流センサには、突出部と嵌合する窪みが設けられている。窪みには、回路基板と導通している端子（第２端子）が取り付けられている。第１ケースと第２ケースが連結された状態で突出部が窪みに嵌合するとともに、第１端子が第２端子に接触し、両者が導通する。本明細書が開示する電気機器は、第１ケースのリアクトルに設けられた突出部が第２ケースの電流センサに設けられた窪みに嵌合することで温度センサと回路基板が導通する。特許文献１に開示された電力変換装置が有する接続部材を省くことができ、従来よりも構造が簡単になる。

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。

電力変換器の断面図である（第２ケースが第１ケースから離された状態）。 電力変換器の断面図である（第２ケースが第１ケースに連結された状態）。 リアクトルの斜視図である。

図面を参照して実施例の電気機器を説明する。実施例の電気機器は、電気自動車に搭載される電力変換器１０である。図１と図２に、電力変換器１０の断面図を示す。電力変換器１０のケースは第１ケース１１と第２ケース１２に別れており、図１は第２ケース１２が第１ケース１１から分離された状態を示している。図２は第１ケース１１と第２ケース１２が連結された状態を示している。図１と図２のいずれも、電力変換器１０の一部は図示を省略してある。また、第２ケース１２は上下が開口しており、上側の開口を覆うカバーの図示も省略してある。

第１ケース１１は開口（第１開口１１ａ）を有しており、第２ケース１２も開口（第２開口１２ａ）を有している。第２ケース１２は、第２開口１２ａが第１ケース１１の第１開口１１ａと対向するように第１ケース１１に連結される。図２では、第２ケース１２を第１ケース１１に連結するボルトの図示は省略してある。

電力変換器１０は、車載のバッテリの電力を走行用のモータの駆動電力に変換するデバイスである。電力変換器１０は、バッテリの電圧を昇圧する電圧コンバータ回路と、昇圧後の直流電力をモータの駆動に適した交流電力に変換するインバータ回路を含んでいる。電圧コンバータ回路とインバータ回路の主要部品は電力変換用のスイッチング素子である。

電力変換器１０は、複数のスイッチング素子を含んでおり、それらは、２個ずつ、パワーモジュール７０に収容されている。電力変換器１０は、複数のパワーモジュール７０を備えており、それらは図１、図２の座標系のＹ方向に一例に並んでいる。複数のパワーモジュール７０は、第２ケース１２に収容されている。

複数のパワーモジュール７０は、複数の冷却器８０とともに、Ｙ方向に一列に並んでいる。複数のパワーモジュール７０と複数の冷却器８０は、１個ずつ交互に積層されている。すなわち、隣り合う２個の冷却器８０の間に１個のパワーモジュール７０が挟まれている。それぞれのパワーモジュール７０は、両側から冷却される。

パワーモジュール７０の上面からは、複数の制御端子７４が上方へ延びている。制御端子７４は、回路基板６０に接続されている。制御端子７４には、パワーモジュール７０に収容されているスイッチング素子のゲートに接続されているゲート端子や、それぞれのスイッチング素子のセンスエミッタに接続されているセンスエミッタ端子などが含まれる。

回路基板６０には、スイッチング素子を制御する駆動信号を生成する駆動回路が実装されている。駆動回路が生成した駆動信号は、制御端子７４を通じて各スイッチング素子へ供給される。回路基板６０も第２ケース１２に収容されている。

パワーモジュール７０の下面からは、３個のパワー端子７１、７２、７３が下方へ延びている。１個のパワーモジュール７０の内部では、２個のスイッチング素子が直列に接続されている。パワー端子７１、７２、７３は、２個のスイッチング素子の直列接続の高電位端、低電位端、中点とそれぞれ接続されている。

第２ケース１２には電流センサ５０が取り付けられている。パワーモジュール７０のパワー端子７１、７２は、それぞれ、電流センサ５０から延びているバスバ５１、５２のそれぞれと接続されている。電流センサ５０の内部には、バスバ５１に隣接するように電流センサ素子５３が配置されている。電流センサ素子５３は、バスバ５１を流れる電流に起因して生じる磁束を計測する。図示を省略しているが、電流センサ５０の内部には、電流センサ素子５３が計測した磁束を、バスバ５１を流れる電流の値に換算するセンサ回路が収容されている。電流センサ５０と回路基板６０は、信号線案内路６２で接続されており、センサ回路は、信号線案内路６２を通る不図示の信号線で回路基板６０と接続されている。すなわち、電流センサ５０は、バスバ５１を流れる電流を計測し、計測した結果を回路基板６０へ送信する。

電流センサ５０の本体の下面には、窪み５６が設けられている。くぼみ５６の内側に第２端子５５が取り付けられている。第２端子５５は、信号線案内路６２を通る信号線６１によって回路基板６０と導通している。窪み５６と第２端子５５の役割については後述する。電流センサ５０の本体は樹脂で作られている。

第１ケース１１には、リアクトル２０が取り付けられている。リアクトル２０は、磁性体のコア２２にコイル２１が巻回された受動素子である。コイル２１の周囲は樹脂カバー２３で覆われている。コイル２１の上面は樹脂カバー２３から露出している。樹脂カバー２３の側部から上方へ突出部２４が延びている。別言すれば、リアクトル２０は上方へ突出する突出部２４を備えている。突出部２４の先端部分の側面には第１端子４４が取り付けられている。図１、図２に示されているように、突出部２４は第２ケース１２に取り付けられている電流センサ５０に向けて延びており、第１ケース１１と第２ケース１２が連結された状態で突出部２４の先端が先に述べた窪み５６に嵌合する。図２に示されているように、突出部２４が窪み５６に嵌合すると、第１端子４４が第２端子５５に接触する。すなわち、第１端子４４が第２端子５５と導通する。

リアクトル２０には、温度センサ４０が取り付けられている。温度センサ４０のセンサ素子４１（サーミスタ）は、コイル２１の上面に接している。センサ素子４１は素子支持体４２に支持されている。センサ素子４１から信号線４３が延びている。信号線４３は、素子支持体４２の内部を通り、さらに、樹脂カバー２３の突出部２４の内部を通り、第１端子４４と導通している。すなわち、第１端子４４は温度センサ４０と導通している。

先に述べたように、第１ケース１１と第２ケース１２が連結されると突出部２４が窪み５６に嵌合するとともに第１端子４４が第２端子５５に接触して導通する。先に述べたように、第２端子５５は回路基板６０と導通しており、第１端子４４と第２端子５５が導通すると、温度センサ４０（センサ素子４１）と回路基板６０が導通する。

回路基板６０に実装されている回路は、温度センサ４０の計測値をモニタしつつ、リアクトル２０の過度の温度上昇が抑えられるように、リアクトル２０を流れる電流を制限する。あるいは、回路基板６０に実装されている回路は、温度センサ４０が計測した温度が過度に上昇することを抑えるべく、電力変換器１０を冷却する冷却器（不図示）に対して冷却性能を高める指令を出力する。温度センサ４０の計測値は回路基板６０に実装されている回路に入力される。

上記したように、第１ケース１１に取り付けられている温度センサ４０と第２ケース１２に取り付けられている回路基板６０は、リアクトル２０に設けられた突出部２４と第２ケース１２に取り付けられている電流センサ５０を中継して電気的に接続される。

リアクトル２０に取り付けられている突出部２４は、電流センサ５０に設けられている窪み５６に嵌合する。窪み５６の内面には第２端子５５が備えられており、突出部２４には、突出部２４が窪み５６に嵌合したときに第２端子５５に接触するように第１端子４４が備えられている。第２ケース１２を第１ケース１１に連結すると、突出部２４が窪み５６に嵌合し、第１端子４４と第２端子５５が導通する。その結果、温度センサ４０と回路基板６０が導通する。実施例の電力変換器１０は、簡単で空間効率のよい構造で第１ケース１１に収容されている温度センサ４０と第２ケース１２に収容されている回路基板６０を電気的に接続することができる。

図１、図２では、リアクトル２０を簡略化して描いてある。図３に、詳細に描いたリアクトル２０の斜視図を示す。温度センサ４０のセンサ素子４１は、板バネ４６を介して素子支持体４２に支持されている。板バネ４６は、センサ素子４１をコイル２１に押し付けている。

センサ素子４１から延びている信号線４３は、素子支持体４２の内部を通り、一旦外部へ出てから突出部２４の内部へと通過する。図３に示すように、信号線４３の一部は素子支持体４２から露出するが、図１、図２では、簡略化して、信号線４３は素子支持体４２の内部から直接に突出部２４に入るように描いてある。図１、図２の断面は、図３のＡ－Ａ線に沿った断面に相当することに留意されたい。図１、図２は、リアクトル２０を簡略化して描いてある。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の電力変換器１０は、専用の部材を採用することなく、従来よりも簡単な構造で、第１ケース１１に取り付けられているリアクトル２０の温度センサ４０と第２ケース１２に取り付けられている回路基板６０を電気的に接続することができる。

第１端子４４と第２端子５５は、第１ケース１１を第２ケース１２に連結すると同時に接触し、温度センサ４０と回路基板６０が導通する。そのような構造により、電力変換器１０の製造工程が簡略化される。

本明細書が開示する技術は電力変換器以外の電気機器に適用することも可能である。

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。

１０：電力変換器
１１：第１ケース
１２：第２ケース
２０：リアクトル
２１：コイル
２３：樹脂カバー
２４：突出部
４０：温度センサ
４１：センサ素子
４２：素子支持体
４３：信号線
４４：第１端子
５０：電流センサ
５１、５２：バスバ
５３：電流センサ素子
５５：第２端子
５６：窪み
６０：回路基板
７０：パワーモジュール
７１、７２、７３：パワー端子
８０：冷却器

Claims (1)

1. 第１開口を有している第１ケースと、
   第２開口を有しており、当該第２開口が前記第１開口と対向するように前記第１ケースに連結される第２ケースと、
   前記第１ケースに取り付けられているリアクトルと、
   前記リアクトルに取り付けられている温度センサと、
   前記第２ケースに取り付けられている電流センサと、
   前記第２ケースに取り付けられており、前記温度センサの計測値が入力される回路が実装されている回路基板と、
   を備えており、
   前記リアクトルは、前記第２ケースの前記電流センサに向けて突出している突出部であって前記温度センサと導通している第１端子が取り付けられている前記突出部を備えており、
   前記電流センサは、前記突出部と勘合する窪みであって、前記回路基板と導通している第２端子が取り付けられている前記窪みを備えており、
   前記第１ケースと前記第２ケースが連結された状態で前記突出部が前記窪みに嵌合するとともに前記第１端子が前記第２端子に接触する、電気機器。

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