JPWO2016194163A1

JPWO2016194163A1 - 電力変換装置の筐体および樹脂キャップ

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Publication number: JPWO2016194163A1
Application number: JP2017521415A
Authority: JP
Inventors: 直也橋居; 直紀保西; 耕平安東
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2035-06-03
Also published as: WO2016194163A1; US20180042132A1; CN107710581A; CN107710581B; EP3306800B1; JP6289753B2; EP3306800A1; US10058002B2; EP3306800A4

Abstract

電力変換装置の筐体（１）内部の回路を電気的に接合するためのサービスホール（３）を筐体面に複数有しており、サービスホールを塞ぐための樹脂キャップ（２）のフランジ（４）には電力変換装置の筐体に当接するリップシール（６）を有し、フランジにおけるリップシール（６）と反対面の樹脂キャップの中央部には、円筒シール面（７）と同軸の円筒状の凹部（８）を有し、フランジを有さない側の樹脂キャップ先端にはテーパ面（９）を有し、サービスホール（３）の樹脂キャップの挿入口には別のテーパ面（１０）を有し、筐体の表面には樹脂キャップのフランジ（４）の外周側にリブ（１１）を設け、リブ端面はサービスホールの軸心（１２）に直交し、リップシール（６）の当接面から凹部（８）を有する側の樹脂キャップ端面までの距離をｈ１、リップシールの当接面からリブ（１１）端面までの距離をｈ２としたとき、ｈ１≦ｈ２の関係とした構造とする。

Description

この発明は、電力変換装置の筐体および樹脂キャップに関し、特に、電力変換装置の筐体内部の各部品を接合するためのサービスホールを塞ぐための樹脂キャップを有する電力変換装置の筐体および樹脂キャップに関するものである。

近年、自動車は燃費等の環境性能を向上するため、電気自動車やハイブリッド自動車、あるいは燃料電池自動車のように、従来の内燃機関以外に電気の動力を利用した車両の開発および市場への投入が急速に進んでいる。このような自動車には、電気を動力に変換するための電力変換装置が搭載されている。また、さらなる高出力化・高効率パッケージに対応するため、電力変換装置内の発熱素子の冷却は、エンジンクーラント液による水冷方式が主流となっている。この水冷化に伴い、エンジンルーム内に搭載される電力変換装置の筐体には、耐振性や防水性、耐塩水性、防塵性が要求されている。

また高機能化に対応するため、電力変換装置の筐体内には、スイッチング素子等の発熱素子を冷却するための水冷式ヒートシンク、制御回路基板、昇圧コンバータ等の部品が収容されている。またさらに、電力変換装置の筐体内には、リップル電流抑制のための平滑コンデンサ、電源接続用端子台、モーター接続用端子台等の部品が収容されている。そして、それらの各部品は、高圧系および低圧系のハーネスおよびバスバーで電気的に接合されている。
このような多数の部品を搭載する電力変換装置では、小型・軽量化や低コスト化、耐振性向上、組立性向上のため、制御回路基板などの各部品は、それぞれ構造材を兼ねた筐体に取り付けられ、各部品が取り付けられた筐体同士を締結後、筐体のサービスホールを利用して電気的接合を実施し、最後にサービスホールを樹脂キャップで閉塞している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１６３１４８号公報

電力変換装置は高機能化しようとすると、電気的接合部および樹脂キャップが増えるため、組立性向上策として組立治具を用いて複数の樹脂キャップを電力変換装置の筐体に同時装着するのが望ましい。しかしながら、特許文献１に示された電力変換装置における樹脂キャップの場合、組立治具を用いて樹脂キャップのフランジ部を保持しようとすると、樹脂キャップのフランジ部の肉厚を厚くする必要がある。樹脂キャップのフランジ部の肉厚を厚くすると、電力変換装置の稼働時において、樹脂キャップのフランジ部の引っかけによる樹脂キャップ外れの危険性がある。
また、電力変換装置の筐体は、軽量化・放熱性・加工コストを考慮してアルミダイキャスト製（ＡＤＣ１２材）とする場合が多い。しかし、銅を含むＡＤＣ１２材は耐食性に乏しく、シール部における耐塩水性を向上させるためには、できるだけシール部を長くすることが有効である。
しかしながら、樹脂キャップの円筒シール部を軸方向に長くすると、電力変換装置の筐体の肉厚が厚くなり、小型・軽量化と両立しない課題がある。

そこで、樹脂キャップのフランジ面を電力変換装置の筐体面に当接させることが、耐塩水性向上に有効であるが、特許文献１に示された樹脂キャップの場合、樹脂キャップのフランジ面と電力変換装置の筐体との間の隙間対策が施されていない。そのため、電力変換装置の筐体の面粗度・平面度や樹脂キャップ挿入位置の影響を受けやすい問題がある。
また、組立治具による樹脂キャップの複数同時装着時の軸ズレの吸収および筐体への樹脂キャップの挿入性向上のため、筐体の開口部にテーパを追加するのが望ましい。しかし、テーパを追加すると、特許文献１に示された樹脂キャップの場合、樹脂キャップのフランジ径を拡大しないと挿入時に樹脂キャップのフランジが変形する。その結果、樹脂キャップのフランジ面と電力変換装置の筐体との間の隙間が拡大し、耐塩水性が悪化する課題がある。
そこで樹脂キャップのフランジ径を拡大すると、隣り合うフランジ同士の干渉を回避するため樹脂キャップの間隔が拡大し、電力変換装置の小型・軽量化と両立しない課題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、電力変換装置における樹脂キャップの組立性と電力変換装置の小型・軽量化、防水性・耐塩水性を両立することができる電力変換装置の筐体および樹脂キャップを得ることを目的とする。

この発明に係わる電力変換装置の筐体および樹脂キャップは、電力変換装置の筐体内部の回路を電気的に接合するためのサービスホールを前記筐体面に複数有する電力変換装置の筐体および樹脂キャップにおいて、前記サービスホールを塞ぐための前記樹脂キャップを有し、前記樹脂キャップの内部には、前記筐体の外側に円板状のフランジを有する円筒カップ状の芯金を有し、前記フランジ面には前記筐体に当接するリップシールを有し、前記フランジにおける前記リップシールと反対面の前記樹脂キャップの中央部には、円筒シール面と同軸の円筒状の凹部を有し、前記フランジを有さない側の前記樹脂キャップ先端にはテーパ面を有し、前記サービスホールの前記樹脂キャップの挿入口には別のテーパ面を有し、前記筐体の表面には前記樹脂キャップの前記フランジの外周側にリブを設け、前記リブ端面は前記サービスホールの軸心に直交し、前記リップシールの当接面から前記凹部を有する側の前記樹脂キャップ端面までの距離をｈ１、前記リップシールの当接面から前記リブ端面までの距離をｈ２としたとき、ｈ１≦ｈ２の関係としたことを特徴とするものである。

この発明の電力変換装置の筐体および樹脂キャップによれば、組立治具による樹脂キャップの複数同時装着時の軸ズレの吸収性と開口部への挿入性が向上するため、複数の樹脂キャップの同時装着が容易となり、組立性が向上し、コスト低減の効果がある。また、電力変換装置の筐体のリブの高さと樹脂キャップ形状と組立治具の形状により、リップのつぶし代が管理できるため、高い防水性・耐塩水性を確保できる効果がある。さらに、樹脂キャップ挿入時に、樹脂キャップのフランジに過大な荷重が加わらないため、樹脂キャップのフランジの径を最小限にでき、隣り合う樹脂キャップの間隔が最小となるため、電力変換装置の小型・軽量化に効果がある。

この発明の実施の形態１による電力変換装置の筐体および樹脂キャップの断面図である。この発明の実施の形態２による電力変換装置の側面の平面図である。この発明の実施の形態３による電力変換装置の筐体および樹脂キャップの断面図である。図３における電力変換装置の要部拡大図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態１について説明する。
なお、各図面中において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを示す。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電力変換装置の筐体および樹脂キャップの断面図である。図１において、電力変換装置の筐体１には、外側表面から内側に向けて貫通するサービスホール３が複数設けられている。サービスホール３は、電力変換装置の筐体１の内部における端子台とバスバーのネジ締結や基板と端子の半田付けなど、電気回路を電気的に接合するために設けられている。また、このサービスホール３を塞ぐために、円筒状の樹脂キャップ２が設けられている。樹脂キャップ２は、サービスホール３に嵌合する円筒シール面７と筐体１の外側表面に当接するフランジ４とを有している。円筒状の樹脂キャップ２の内部には、筐体１の外側に円板状のフランジを有する円筒カップ状の芯金５を有している。

また、筐体１に当接するフランジ４には、円周方向につながっているリップシール６が設けられている。さらにまた、フランジ４におけるリップシール６と反対側の面の中央部には、円筒シール面７と同軸の円筒状の凹部８が設けられている。凹部８は、樹脂キャップ２を電力変換装置の筐体１に挿入する際に、組立治具１３の挿入用の穴として用いられる。また、フランジ４を有さない側の樹脂キャップ２の先端には、テーパ面９が設けられている。
さらにまた、筐体１には、サービスホール３の樹脂キャップ２の挿入口側にテーパ面１０が設けられている。また、電力変換装置の筐体１の外側表面には、樹脂キャップ２のフランジ４の外周側に筐体１の外側方向に向かって突出して形成されたリブ１１が設けられている。電力変換装置の筐体１に設けられたリブ１１は、樹脂キャップ２のフランジ４の厚み以上の高さを有している。

ここで、フランジ４の厚みとは、リップシール６の筐体１との当接面から凹部８を有する側の樹脂キャップ２の端面までの長さであり、その長さをｈ１とする。また、リブ１１の高さとは、リップシール６の筐体１との当接面からリブ１１の外側端面までの長さであり、その長さをｈ２とする。そして、ｈ１とｈ２において、ｈ１≦ｈ２の関係としている。なお、リブ１１の外側端面は、サービスホール軸心１２に直交している。
実施の形態１における電力変換装置では、組立治具１３による樹脂キャップ２の複数同時装着時の軸ズレの吸収性とサービスホール３への挿入性が向上する。その結果、複数の樹脂キャップ２の同時装着が容易となり、組立性が向上しコストを低減することができる。

また、筐体１の表面に設けられたリブ１１に当接するまで、組立治具１３を押すことができるため、挿入抵抗のばらつきを無視できる程の高い荷重で樹脂キャップ２を挿入することができ、組立時の挿入荷重の管理が容易となる効果がある。
さらにまた、筐体１のリブ１１の高さと樹脂キャップ２の形状と組立治具１３の形状を考慮することにより、リップシール６のつぶし代が管理できるため、高い防水性・耐塩水性を確保できる効果がある。
また、樹脂キャップ２のフランジ４に過大な荷重が加わらないため、樹脂キャップ２のフランジ４の径を筐体１のテーパ面１０の開口径より過大にしなくても、芯金５を含む樹脂キャップ２のフランジ４が変形しない。そのため、リップシール６のつぶし代が設計通りとなるように組み付けることができる。その結果、高い防水性・耐塩水性を確保できる効果がある。

さらにまた、樹脂キャップ２のフランジ４の径を最小限にできるため、隣り合う樹脂キャップ２の間隔も最小となり、電力変換装置の小型・軽量化に効果がある。また、リップシール６の径も最小限となるため、防水性・耐塩水性に効果がある。
また、リブ１１を組立治具１３側ではなく、筐体１側に設けたので、筐体１の表面がサービスホール軸心１２に対して直交しない面や段付き面であっても、樹脂キャップ２の挿入位置を容易に管理できる効果がある。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による電力変換装置を側面側から見た時の平面図である。実施の形態２において、実施の形態１と同一の符号については、実施の形態１と同一の構成であるので説明を省略する。図２において、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、筐体１のリブ１１は、樹脂キャップ２同士が接近する箇所には設けられておらず、複数の樹脂キャップ２のフランジ４の外周を連続して囲むように設けられている。複数の樹脂キャップ２は、１つのリブ１１で囲った構造となっている。図２において、図２Ａと図２Ｂは異なる機種の電力変換装置を示しており、図２Ａと図２Ｂとではリブ１１の形状が異なっている。図２Ｂにおけるリブ１１は切削機械で加工しており、外側が直線状の外形を有している。

実施の形態２における電力変換装置では、リップシール６の外周を囲うリブ１１により、樹脂キャップ２のフランジ４の引っかけによる樹脂キャップ２の外れを防ぐ効果がある。また、リップシール６の外周を囲むリブ１１を設けたことにより、リップシール６に対する高圧水の直撃を防ぐことができるため、高い防水性を確保できる効果がある。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による電力変換装置の筐体および樹脂キャップの断面図である。また、図４は、図３におけるＡ部拡大図である。実施の形態３において、実施の形態１と同一の符号については、実施の形態１と同一の構成であるので説明を省略する。
図３に示すように、筐体１には、サービスホール３における筐体１の内側にもテーパ面１４が設けられている。また、樹脂キャップ２の先端には、筐体１のテーパ面１４に沿って樹脂キャップ２の径が拡大されている大径部１５が設けられている。そして、円筒シール面７の直径をφｄ１とし、大径部１５の直径をφｄ２としたとき、φｄ１＜φｄ２の関係となっている。

実施の形態３における電力変換装置の筐体および樹脂キャップでは、電力変換装置の筐体１内部の内圧に対する樹脂キャップ２の抜け止めの効果がある。また樹脂キャップ２の挿入位置が安定し、リップシール６のつぶし代が設計通りの状態で安定するため、高い防水性・耐塩水性を長時間維持できる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１筐体、２樹脂キャップ、３サービスホール、４フランジ、５芯金、６リップシール、７円筒シール面、８凹部、９テーパ面、１０テーパ面、１１リブ、１２サービスホール軸心、１３組立治具、１４テーパ面、１５大径部

この発明に係わる電力変換装置の筐体および樹脂キャップは、電力変換装置の筐体の内部の回路を電気的に接合するためのサービスホールを前記筐体に複数有する電力変換装置の筐体および樹脂キャップにおいて、前記サービスホールを塞ぐための前記樹脂キャップを有し、前記樹脂キャップの内部には、前記筐体の外側に円板状フランジを有する円筒カップ状の芯金を有し、前記樹脂キャップのフランジには前記筐体に当接するリップシールを有し、前記フランジにおける前記リップシールと反対面の前記樹脂キャップの中央部には、円筒シール面と同軸の円筒状の凹部を有し、前記フランジを有さない側の前記樹脂キャップの先端には第１のテーパ面を有し、前記サービスホールの前記樹脂キャップの挿入口には第２のテーパ面を有し、前記筐体の表面には前記樹脂キャップの前記フランジの外周側にリブを設け、前記リブの端面は前記サービスホールの軸心に直交し、前記リップシールの当接面から前記凹部を有する側の前記樹脂キャップの端面までの距離をｈ１、前記リップシールの当接面から前記リブの端面までの距離をｈ２としたとき、ｈ１≦ｈ２の関係としたことを特徴とするものである。

Claims

電力変換装置の筐体内部の回路を電気的に接合するためのサービスホールを前記筐体面に複数有する電力変換装置の筐体および樹脂キャップにおいて、
前記サービスホールを塞ぐための前記樹脂キャップを有し、前記樹脂キャップの内部には、前記筐体の外側に円板状のフランジを有する円筒カップ状の芯金を有し、前記フランジ面には前記筐体に当接するリップシールを有し、前記フランジにおける前記リップシールと反対面の前記樹脂キャップの中央部には、円筒シール面と同軸の円筒状の凹部を有し、前記フランジを有さない側の前記樹脂キャップ先端にはテーパ面を有し、前記サービスホールの前記樹脂キャップの挿入口には別のテーパ面を有し、前記筐体の表面には前記樹脂キャップの前記フランジの外周側にリブを設け、前記リブ端面は前記サービスホールの軸心に直交し、前記リップシールの当接面から前記凹部を有する側の前記樹脂キャップ端面までの距離をｈ１、前記リップシールの当接面から前記リブ端面までの距離をｈ２としたとき、ｈ１≦ｈ２の関係としたことを特徴とする電力変換装置の筐体および樹脂キャップ。
前記筐体の前記リブは、前記樹脂キャップ同士が接近する所には設けずに、それ以外の場所に前記樹脂キャップの前記フランジの外周を連続して囲ったことにより、複数の前記樹脂キャップをまとめて１つの前記リブで囲ったことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の筐体および樹脂キャップ。
前記サービスホールの前記筐体内側にもテーパ面を有し、前記樹脂キャップの先端に大径部を設け、前記円筒シール面の直径をφｄ１および前記大径部の直径をφｄ２としたとき、φｄ１＜φｄ２の関係としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力変換装置の筐体および樹脂キャップ。