JPWO2018193621A1 - 電力変換装置の接続構造 - Google Patents

Abstract

車載用の電力変換装置の接続構造であって、電力変換装置の筐体と、筐体と機械的に接続されるとともに、電力変換装置と外部装置との電気的な接続を行うための電気接続部と、電力変換装置と電気接続部とを電気的に接続する導電体とを備え、筐体と電気接続部は、防振構造を介して機械的に接続されるとともに、導電体は、筐体と電気接続部との相対変位に追従可能な柔軟性を有する。

Description

本発明は、車載用に適した電力変換装置の接続構造に関するものである。

動力源として電動機を用いる車両では、バッテリーの電力で電動機を駆動させるために、インバータ、コンバータなどの電力変換装置が搭載される。これらの電力変換装置においては、バッテリーや電動機との電気的な接続信頼性に関して、車両走行時の振動などの外力による接続部において、機械的破損、水分や導電性異物の侵入による絶縁破壊などによる導通不良に対して、十分に配慮する必要がある。

このような電力変換装置は、特に、振動条件が厳しいエンジンルーム内に搭載される場合には、車両との機械的接続部に防振構造を採用する場合が多い（例えば、特許文献１参照）。

また、電気的接続部の接続信頼性の観点から、片端がバッテリー、電動機などの外部機器と接続されたハーネスは、ハーネス自身と一体化したブラケットなどを介して、電力変換装置と機械的に剛に締結される場合が多い。このような締結構造を採用することで、筐体とハーネス接合部の防水性が確保されている（例えば、特許文献２参照）。

したがって、従来の構造では、高い信頼性が要求される電気的接続部に関して、厳しい振動条件による外力の影響を、ハーネスのフレキシブル性で緩和している。さらに、従来の構造では、ハーネスと一体化したブラケットにより、筐体とハーネスは、機械的に剛に接続されることで、防水性を確保している。

特開２００４−３２８８７０号公報 特開２０１１−１６６９８１号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
電力変換装置の大出力化に伴い、ハーネスなどの導電体は、通電による発熱、電圧低下などの影響を軽減するために、導通面積を確保する必要がある。それに伴い、ハーネス自身の剛性が増加することとなる。その結果、ハーネスの持つ柔軟性が低下し、厳しい振動条件への適用が困難となる。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、電力変換装置の大出力化に伴う導通面積の増加に対し、柔軟性が損なわれない電気的接続構造を有し、車載における厳しい振動条件に適用可能な電力変換装置の接続構造を得ることを目的とする。

本発明に係る電力変換装置の接続構造は、車載用の電力変換装置の接続構造であって、 電力変換装置の筐体と、筐体と機械的に接続されるとともに、電力変換装置と外部装置との電気的な接続を行うための電気接続部と、電力変換装置と電気接続部とを電気的に接続する導電体とを備え、筐体と電気接続部は、防振構造を介して機械的に接続されるとともに、導電体は、筐体と電気接続部との相対変位に追従可能な柔軟性を有するものである。

本発明によれば、厳しい振動条件に適用するための防振構造を、機械的接続部だけでなく電気的接続部にも設けることができる。さらに、防振構造のフレキシブル性から製品精度の緩和が図れ、また電力変換装置内での作業も無くなるため、製造管理を簡素化でき、製造コストの低減が可能になる。

本発明の実施の形態１における電力変換装置を説明するための斜視展開図である。 本発明の実施の形態１における電力変換装置に組み込まれる電力変換回路の斜視図である。 本発明の実施の形態１における電力変換装置のケースの内部構成図である。 本発明の実施の形態１における電力変換装置のケースの内部構成図である。 本発明の実施の形態１における電力変換装置の防振構造の展開図である。

以下、本発明における電力変換装置の接続構造の好適な実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電力変換装置の接続構造を説明するための斜視展開図である。図１に示すとおり、本実施の形態１における電力変換装置は、冷却器１、ケース２、３、電気接続部４、およびケーブル５を備えて構成されている。なお、ケース２、３は、電力変換装置の筐体に相当する。

図２は、本発明の実施の形態１における電力変換装置に組み込まれる電力変換回路の斜視図である。図２に示す電力変換回路１１は、複数の半導体モジュール１１ａ、コンデンサ１１ｂ、制御基板１１ｃを含んで構成されている。そして、電力変換回路１１は、図１に示した冷却器１に収納されている。

図３は、本発明の実施の形態１における電力変換装置のケース２の内部構成図である。図３では、ケース２内に、樹脂成型部品２１および電流センサ２２が収納された状態を例示している。

ここで、樹脂成型部品２１は、バッテリーから供給される直流電流が通るバスバーと一体化して構成されている。また、電流センサ２２は、電動機へ入力される交流電流を検出するセンサである。

そして、バスバーおよび電流センサ２２は、冷却器１に収納された電力変換回路１１を構成する電子部品と電気的に接続されている。

図４は、本発明の実施の形態１における電力変換装置のケース３の内部構成図である。図４では、ケース３内に、樹脂成型部品３１および端子台３２が収納された状態を例示している。

ここで、樹脂成型部品３１は、電動機へ入力される交流電流が通るバスバーと一体化して構成されている。また、端子台３２は、片端がバッテリーと接続されているケーブルと、電気的に接続されている。さらに、ケース３は、電力変換装置とエンジンを機械的に接続する防振構造３３が設けられている。

電気接続部４は、防振構造３３を介してケース３と機械的に接続される。詳細な図示は省略するが、電気接続部４は、樹脂成型部品４１、端子４２、インターロック部４３、防水シール部４４、４５を含んで構成されている。

ここで、樹脂成型部品４１は、電動機へ入力される交流電流が通るバスバーと一体化して構成されており、ケース２に収納された電力変換装置と、ケーブル５にて電気的に接続される。端子４２は、制御信号を入出力する役目を果たす。インターロック部４３は、絶縁保護の観点から高圧部の露出を検出する。そして、電気接続部４は、防水シール部４４、４５により防水機能を備えている。

図５は、本発明の実施の形態１における電力変換装置の接続構造として用いられる防振構造の展開図である。先の図４で示した防振構造３３は、フランジ付き筒形状のインナーブッシュ３３ａと、フランジ付き筒形状のアウターブッシュ３３ｂが、金属製弾性部材３３ｃを挟み込む、３重構造となっている。

ここで、金属製弾性部材３３ｃは、繊維状の金属を編み込んだ構造を有している。そして、金属製弾性部材３３ｃは、振動時に繊維状の金属が擦れ合うことで、一般的な防振ゴムと同様に、振動エネルギーを熱エネルギーへと変換し、振動エネルギーを吸収する構造となっている。

この防振構造３３は、電力変換装置とエンジンとの機械的接続部だけでなく、ケース３と電気接続部４との締結部にも設けられている。このため、防振構造３３は、エンジンから伝播する振動に対する防振だけでなく、電力変換装置の電気接続部４と剛に締結された部品からの振動伝播に対する防振に対しても、効果を発揮する。

次に、ケース３と電気接続部４との間にある防水シール部４４，４５について説明する。防水シール部４４は、ケーブル５と電気接続部４の間に配置され、ゴム製パッキンとして実現できる、そして、防水シール部４４は、電気接続部４とケーブル５を密着させることで、防水性を確保する役目を果たしている。

一方、防水シール部４５は、ケース３と電気接続部４との間に配置され、シール部４５１と変形追従構造部４５２とが一体化されたパッキンとして実現できる。ここで、シール部４５１は、ケース３と電気接続部４を密着させることで、防水性を確保している。一方、変形追従構造部４５２は、電気接続部４の変形に追従するために、フレキシブルに変形する構造を有している。

このように、防水シール部４５は、シール部４５１と変形追従構造部４５２とが一体化されたパッキンによって構成されており、防水性とフレキシブル性の両立を実現している。なお、電気接続部４の変形に追従した時の防水性を十分に確保するために、一体化されたパッキンには芯金が入っており、ケース３との密着性が高められている。

本発明の第１の特徴は、エンジンに搭載される電力変換装置の接続構造にある。電力変換装置とエンジンは、防振構造３３を介して機械的に接続されている。一方、電力変換装置の電気接続部４は、ケース３の外部に設置されていて、ケース３と防振構造３３およびフレキシブルな導体であるケーブル５を介して、機械的、電気的に接続されている。

なお、ケーブル５の代わりに導電体を用いることも、可能である。そして、導電体を用いる場合には、複数の薄板を積層して構成することで、ケース３と電気接続部４との相対変位に追従可能な柔軟性を持たせることが可能となる。

ケース３と電気接続部４の間は、フレキシブルな防水構造である防水シール部４４、４５で覆われている。このため、電気接続部４の位置の自由度が高いことから、電力変換装置と接続する部品の位置精度を緩和できる。かつ、電気接続部４を電力変換装置に電気的に接続する際に、電力変換装置のケース３の内部での接続作業が不要である。

また、本発明の第２の特徴は、防振構造３３の構成にある。防振構造３３は、フランジ付き筒形状のインナーブッシュ３３ａと、フランジ付き筒形状のアウターブッシュ３３ｂが、繊維状の金属を編み込んだ金属製弾性部材３３ｃを間に挟み、インナーブッシュ３３ａの筒部がアウターブッシュ３３ｂの筒部の内側に嵌合するとともに、フランジ同士が重なった構造を有している。

本発明の第３の特徴は、フレキシブルな防水構造にある。ケース３と密着することで防水性を持つシール部４５１と、車両の振動等の外力によって生じるケース３と電気接続部４の相対変位に追従可能な柔軟性を持つ変形追従構造部４５２とを併せ持つパッキンによって、ケース３と電気接続部４の間が覆われた構造を有している。

以上のように、実施の形態１に係る電力変換装置の接続構造は、電気接続部と筐体とのの接続部において、厳しい振動条件下に適用可能な防振構造を有し、かつ、フレキシブルな機械的接続構造を有している。この結果、電気接続部は、位置の自由度が高く、電力変換装置と接続される部品の位置精度を緩和することができる。

さらに、電気接続部は、電力変換装置とは別の筐体で構成されている。従って、例えば、片端が電動機に接続されたケーブルを、電力変換装置に電気的に接続する際に、電力変換装置の筐体内部での接続作業を不要とすることができる。

２、３ ケース、４ 電気接続部、５ ケーブル、３３ 防振構造、４４、４５ 防水シール部、４５１ シール部、４５２ 変形追従構造部。

Claims (5)

1. 車載用の電力変換装置の接続構造であって、
   電力変換装置の筐体と、
   前記筐体と機械的に接続されるとともに、前記電力変換装置と外部装置との電気的な接続を行うための電気接続部と、
   前記電力変換装置と電気接続部とを電気的に接続する導電体と
   を備え、
   前記筐体と前記電気接続部は、防振構造を介して機械的に接続されるとともに、
   前記導電体は、前記筐体と前記電気接続部との相対変位に追従可能な柔軟性を有する
   電力変換装置の接続構造。
2. 前記導電体は、ケーブルで構成されている
   請求項１に記載の電力変換装置の接続構造。
3. 前記導電体は、複数の薄板を積層して構成されている
   請求項１に記載の電力変換装置の接続構造。
4. 前記電気接続部は、前記導電体と前記電気接続部との間に配置され、前記導電体を前記電気接続部に密着させる防水構造を有する
   請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置の接続構造。
5. 前記筐体と前記電気接続部との間には、前記筐体と前記電気接続部とを密着させることで防水性を持たせるシール部と、外力によって生じる前記筐体と前記電気接続部とのの相対変位に追従可能な柔軟性を持つ変形追従構造部とを併せ持つパッキンが設けられている
   請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置の接続構造。

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