JPWO2017212535A1

JPWO2017212535A1 - 電力変換装置の筐体および樹脂キャップ

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Publication number: JPWO2017212535A1
Application number: JP2018522194A
Authority: JP
Inventors: 直也橋居
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2036-06-07
Also published as: US20190090368A1; CN109196964A; US10477709B2; EP3468322A1; EP3468322A4; WO2017212535A1; JP6523565B2; CN109196964B

Abstract

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、サービスホール（３）を塞ぐための樹脂キャップ（２）は、サービスホール（３）に嵌合される円筒シール面（７）と筐体（１）の外側表面に当接されるフランジ（４）とを有し、樹脂キャップ（２）の内部には、円筒カップ状の芯金（５）を有し、芯金（５）は、筐体（１）外側にサービスホール（３）の円筒部より径方向に大きな円板状のフランジ部芯金（５ａ）を有し、また筐体（１）内側に形成された樹脂キャップ（２）の凹部（１７）の円筒カップ底面（８）には、円筒シール面（７）と同軸かつ筐体（１）の外側方向へ突出して形成された凸部（８ａ）を有し、フランジ（４）面には筐体（１）に当接されたリップシール（６）が設けられたものである。

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する構造が提案されている。また樹脂キャップは、円板状のフランジを有するため、組立時はフランジが筐体に当接するまで挿入するだけの組立性に優れた構造である（例えば、特許文献１参照）。
さらにシール性の向上を図るため、樹脂キャップの内部に、筐体内側へ突出するフランジ付き円筒カップ形状の芯金を設けることで、筐体側円筒シール面に当接する樹脂の面圧の増大と均一化を図り、さらに円板状のフランジ部にリップシールを設けた構造が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１１−１６３１４８号公報特願２０１５−０６６０２１

しかしながら、特許文献１または特許文献２に開示された従来の電力変換装置の筐体および樹脂キャップは、弾性体である樹脂と筐体の間で発生する摩擦力のみで筐体に固定されているため、冷熱サイクル時にフランジ部芯金が円筒部芯金より大きな膨張・収縮を繰り返すことで、樹脂キャップが蠕動運動を行い、温度条件によっては筐体から外れてしまう課題がある。

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、冷熱サイクルによる樹脂キャップ外れを防止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は、前記サービスホールに嵌合される円筒シール面と前記筐体の外側表面に当接されるフランジとを有し、前記樹脂キャップの内部には、円筒カップ状の芯金を有し、前記芯金は、前記筐体外側に前記サービスホールの円筒部より径方向に大きな円板状のフランジ部芯金を有し、また前記筐体内側に形成された前記樹脂キャップの凹部の円筒カップ底面には、前記円筒シール面と同軸かつ前記筐体の外側方向へ突出して形成された凸部を有し、前記フランジ面には前記筐体に当接されたリップシールが設けられたものである。
また、この発明に係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は、前記サービスホールに嵌合される円筒シール面と前記筐体の外側表面に当接されるフランジとを有し、前記樹脂キャップの内部には、円筒カップ状の芯金を有し、前記芯金は、前記筐体外側に前記サービスホールの円筒部より径方向に大きな円板状のフランジ部芯金を有し、前記筐体内側に形成された前記樹脂キャップの凹部には円筒カップ底面を有し、前記フランジ面には前記筐体に当接されたリップシールを有し、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が設けられ、前記樹脂キャップが前記筐体に組み付けられた後、前記リブが内径側に折り曲げられたものである。
さらにまた、この発明に係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は、前記サービスホールに嵌合される円筒シール面と前記筐体の外側表面に当接されるフランジとを有し、前記樹脂キャップの内部には、円筒カップ状の芯金を有し、前記芯金は、前記筐体外側に前記サービスホールの円筒部より径方向に大きな円板状のフランジ部芯金を有し、前記筐体内側に形成された前記樹脂キャップの凹部には円筒カップ底面を有し、前記フランジ面には前記筐体に当接されたリップシールを有し、前記樹脂キャップが前記筐体に組み付けられた後、前記樹脂キャップを覆った状態でカバーが前記筐体に組み付けられており、前記カバーの材質を溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板とし、前記カバーの一部を変形させることで前記樹脂キャップの鉛直下方向以外の前記フランジ面に当接させたものである。
また、この発明に係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は、前記サービスホールに嵌合される円筒シール面と前記筐体の外側表面に当接されるフランジとを有し、前記樹脂キャップの内部には、円筒カップ状の芯金を有し、前記芯金は、前記筐体外側に前記サービスホールの円筒部より径方向に大きな円板状のフランジ部芯金を有し、前記筐体内側に形成された前記樹脂キャップの凹部には円筒カップ底面を有し、前記フランジ面には前記筐体に当接されたリップシールを有し、前記樹脂キャップが前記筐体に組み付けられた後、前記樹脂キャップを覆った状態でカバーが前記筐体にネジ固定で組み付けられており、前記カバーの材質をアルミニウム合金とし、前記カバーの一部を変形させることで前記円筒シール面と同軸の凸部が形成され、前記凸部を前記樹脂キャップの前記フランジ全面に当接させたものである。

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、冷熱サイクル時に芯金の径方向変位量において筐体の外側と内側で釣り合いを取ることで、樹脂キャップの蠕動運動を抑制し、樹脂キャップが外れるのを防止する効果がある。
また、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。さらにまた、フランジの引っかけによる樹脂キャップ外れを防止する効果や意図的に外そうとしても容易に外れない効果がある。

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平面図である。図１ＡのＡ−Ａ線の断面図である。この発明の実施の形態２による電力変換装置の筐体および樹脂キャップの平面図である。図２ＡのＢ−Ｂ線の断面図である。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に板金カバーを配置した平面図である。図３ＡのＣ−Ｃ線の断面図である。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に板金カバーを配置した平面図である。図４ＡのＤ−Ｄ線の断面図である。この発明の実施の形態４による電力変換装置の筐体および樹脂キャップに板金カバーを配置した平面図である。図５ＡのＥ−Ｅ線の断面図である。

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１Ａは、この発明の実施の形態１における電力変換装置を側面側から見た時の平面図であり、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ線の断面図である。図１Ａ、図１Ｂにおいて、電力変換装置の筐体１は、軽量化および成型性の観点からアルミダイキャスト製であり、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の外側にリング状のフランジを有する円筒カップ状の鋼板製の芯金５が設けられている。樹脂キャップ２は、筐体１の内側に形成された樹脂キャップ２の凹部１７に円筒カップ底面８を有しており、この円筒カップ底面８には、円筒シール面７と同軸でかつ筐体１の出口側方向（筐体１の外側方向）へ突出して形成された芯金５の凸部８ａが設けられている。また、芯金５は、筐体１の外側にサービスホール３の円筒部より径方向に大きな円板状のフランジ部芯金５ａと、サービスホール３内に配置された樹脂キャップ２の内部に形成された円筒部芯金５ｂ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が設けられており、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が筐体１と当接する面から樹脂キャップ２の筐体外側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の筐体および樹脂キャップでは、樹脂キャップ２の内部に芯金５を設けたことにより、筐体１側の円筒シール面７に当接する樹脂の面圧の増大と均一化の効果があり、さらに、芯金入りフランジ４にリップシール６が設けられたことにより、リップシール面圧の増大と均一化の効果がある。また、筐体１の外側のフランジ４内部に形成されたフランジ部芯金５ａに対し、筐体１の内側の円筒カップ底面８に芯金５の凸部８ａを設けたことにより、冷熱サイクル時に膨張・収縮する芯金５の径方向変位量を筐体１の外側と内側で均等化することができ、冷熱サイクル時の樹脂キャップ２の蠕動運動を抑制し、樹脂キャップ２が外れるのを防止する効果がある。

また、特許文献２のように樹脂キャップ２の先端に樹脂キャップ外れ防止用の大径部を設ける必要がないため、樹脂キャップ２を筐体１に組付ける際の挿入性が高い効果がある。
その結果、高い防水性・耐塩水性と耐冷熱サイクル性および組み付け性を両立できる効果がある。

実施の形態２．
図２Ａは、この発明の実施の形態２における電力変換装置を側面側から見た時の平面図であり、図２Ｂは図２ＡのＢ−Ｂ線の断面図である。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２Ａ、図２Ｂに示すように、筐体１のリブ１１は、樹脂キャップ２を筐体１に組み付け後、リブ１１をカシメにより内径側に折り曲げた構造となっている。

実施の形態２における電力変換装置の筐体および樹脂キャップでは、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。またリブ１１の折り曲げ部１３により、冷熱サイクル時の樹脂キャップ２の蠕動運動による樹脂キャップ外れを防止する効果があり、またフランジ４の引っかけによる樹脂キャップ外れを防止する効果や意図的に外そうとしても容易に外れない効果がある。

実施の形態３．
図３Ａ、図４Ａは、この発明の実施の形態３における電力変換装置を側面側から見た時の平面図である。また、図３Ｂは、図３ＡのＣ−Ｃ線の断面図であり、図４Ｂは、図４ＡのＤ−Ｄ線の断面図である。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３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂに示すように、樹脂キャップ２を筐体１に組み付け後、樹脂キャップ２を覆う板金カバー１４を筐体１に組み付け、板金カバー１４の一部を変形させることで、フランジ４端面の鉛直下方向以外の部分に板金カバー１４を当接させた構造となっている。

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、板金カバー１４を配置したことにより、樹脂キャップ２への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。また、冷熱サイクル時の樹脂キャップ２の蠕動運動による樹脂キャップ外れを防止する効果やフランジ４の引っかけによる樹脂キャップ外れを防止する効果や意図的に外そうとしても容易に外れない効果がある。

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。さらに、塩水によりリップシール６が接している筐体１が一部腐食し、その腐食生成物により樹脂キャップ２が外れる方向にフランジ４を押し上げようとしても、板金カバー１４の板金絞り部１５または板金絞り部１６がフランジ４を押えているため、樹脂キャップ２の後退によるリップシール６のシール面圧低下を抑制する効果がある。

また、板金カバー１４の材質は、溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板としているため、めっき層に含まれるマグネシウムとアルミニウムの効果により、緻密で付着性の強い保護膜がめっき表面に形成され、高い耐食性を保有する低コストな材質である。しかし、滞水により常時水に接する環境では、マグネシウム溶け出しにより、保護膜が消失し、早期腐食に至る課題があるため、フランジ４端面に当接する板金絞り部１５または板金絞り部１６を、フランジ４端面の鉛直下方向は当接させない構造とした。これにより、樹脂キャップ２の円筒カップ底面８まで水が浸入しても、水が排出されるため、樹脂キャップ２から板金カバー１４間を長時間滞水させない効果がある。

実施の形態４．
図５Ａは、この発明の実施の形態４における電力変換装置を側面側から見た時の平面図である。また、図５Ｂは、図５ＡのＥ−Ｅ線の断面図である。実施の形態４において、実施の形態１および実施の形態３と同一の符号については、実施の形態１および実施の形態３と同一の構成であるので説明を省略する。
図５Ａ、図５Ｂに示すように、実施の形態４においては、板金カバー１４の一部を変形させることで形成された板金絞り部１８を、円筒シール面７と同軸の凸形状とし、樹脂キャップ２のフランジ４端面の全面に当接させたことにより、実施の形態３よりも、樹脂キャップ２の挿入位置をより安定的に保つ効果があるため、より高い防水性・耐塩水性を長時間維持できる。

つまり、実施の形態４においては、板金カバー１４の材質をアルミニウム合金（例えばA5052材やA6063材）とし、板金カバー１４の一部を変形させることで、円筒シール面７と同軸の凸部１９が形成され、この凸部１９を樹脂キャップ２のフランジ４の全面に当接させたことを特徴とする。
また、板金カバー１４の材質をアルミニウム合金としたことにより、樹脂キャップ２から板金カバー１４間が長時間滞水しても、板金カバー１４は腐食することがない。

さらに、アルミニウム合金の線膨張係数は筺体１のアルミダイキャスト（例えばADC12材）と近い値のため、冷熱サイクル時の板金カバー１４と筺体１の熱膨張差が少なく、板金カバー１４を固定しているネジが緩み難い効果がある。
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、５ａフランジ部芯金、５ｂ円筒部芯金、６リップシール、７円筒シール面、８円筒カップ底面、８ａ凸部、９テーパ面、１０テーパ面、１１リブ、１２サービスホール軸心、１３折り曲げ部、１４板金カバー、１５板金絞り部、１６板金絞り部、１７凹部、１８板金絞り部、１９凸部

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は、前記サービスホールに嵌合される円筒シール面と前記筐体の外側表面に当接されるフランジとを有し、前記樹脂キャップの内部には、円筒カップ状の芯金を有し、前記芯金は、前記筐体外側に前記サービスホールの円筒部より径方向に大きな円板状のフランジ部芯金を有し、また前記筐体内側に形成された前記樹脂キャップの凹部の円筒カップ底面には、前記円筒シール面と同軸かつ前記筐体の外側方向へ突出して形成された凸部を有し、前記フランジ面には前記筐体に当接されたリップシールが設けられ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。
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は、前記サービスホールに嵌合される円筒シール面と前記筐体の外側表面に当接されるフランジとを有し、前記樹脂キャップの内部には、円筒カップ状の芯金を有し、前記芯金は、前記筐体外側に前記サービスホールの円筒部より径方向に大きな円板状のフランジ部芯金を有し、前記筐体内側に形成された前記樹脂キャップの凹部には円筒カップ底面を有し、前記フランジ面には前記筐体に当接されたリップシールを有し、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が設けられ、前記樹脂キャップが前記筐体に組み付けられた後、前記リブが内径側に折り曲げられ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。
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は、前記サービスホールに嵌合される円筒シール面と前記筐体の外側表面に当接されるフランジとを有し、前記樹脂キャップの内部には、円筒カップ状の芯金を有し、前記芯金は、前記筐体外側に前記サービスホールの円筒部より径方向に大きな円板状のフランジ部芯金を有し、前記筐体内側に形成された前記樹脂キャップの凹部には円筒カップ底面を有し、前記フランジ面には前記筐体に当接されたリップシールを有し、前記樹脂キャップが前記筐体に組み付けられた後、前記樹脂キャップを覆った状態でカバーが前記筐体に組み付けられており、前記カバーの材質を溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板とし、前記カバーの一部を変形させることで前記樹脂キャップの鉛直下方向以外の前記フランジ面に当接させ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。
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は、前記サービスホールに嵌合される円筒シール面と前記筐体の外側表面に当接されるフランジとを有し、前記樹脂キャップの内部には、円筒カップ状の芯金を有し、前記芯金は、前記筐体外側に前記サービスホールの円筒部より径方向に大きな円板状のフランジ部芯金を有し、前記筐体内側に形成された前記樹脂キャップの凹部には円筒カップ底面を有し、前記フランジ面には前記筐体に当接されたリップシールを有し、前記樹脂キャップが前記筐体に組み付けられた後、前記樹脂キャップを覆った状態でカバーが前記筐体にネジ固定で組み付けられており、前記カバーの材質をアルミニウム合金とし、前記カバーの一部を変形させることで前記円筒シール面と同軸の凸部が形成され、前記凸部を前記樹脂キャップの前記フランジ全面に当接させ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。