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JP5640424B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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JP5640424B2
JP5640424B2 JP2010072675A JP2010072675A JP5640424B2 JP 5640424 B2 JP5640424 B2 JP 5640424B2 JP 2010072675 A JP2010072675 A JP 2010072675A JP 2010072675 A JP2010072675 A JP 2010072675A JP 5640424 B2 JP5640424 B2 JP 5640424B2
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Description

本発明は、ケース内に複数の半導体モジュールから成るインバータ等を収納して構成される電力変換装置に関し、特にケースの側壁に設けられた貫通口に、半導体モジュールを冷却する冷媒供給管や導線ケーブル等を気密状態に挿通するためのグロメットを密閉状態に取り付ける構造に特徴を有する電力変換装置に関する。
従来、電力変換装置として特許文献1の電気機器装置のように、図1(a)の側面図に示す箱型の開口端に凹状の取付部3aが形成されたケース本体3と該開口端に固定される蓋体4とからなり内部に電気機器を収納する筐体(ケース)と、電気機器に接続されるコードが貫装され得ると共に取付部3aに嵌装され、蓋体4に押圧されて取付部3aの内周面に密着する弾性シール部材からなるグロメット5とを備える電気機器装置において、取付部3aとグロメット5とを略半円状とした構造がある。
この構造においては、ケース本体3の取付部3aと、グロメット5とが略半円状となっているため、グロメット5を蓋体4で押圧すると、取付部3aの内周面とグロメット5とが全体的に密着し、この密着面の各部に面圧が適切に作用する。従って、全体的なシール性が向上するといったメリットがある。
特開2002−369346号公報
ところで、上記の特許文献1の構造においては、ケース本体3の取付部3aに嵌合されたグロメット5の上面(露出面)と、ケース本体3の側壁上面との間に、僅かな高さの段差d1が生じる。この場合、ケースを密閉するために、グロメット5及びケース本体3の双方の上面を蓋体4で押圧した際に、グロメット5の上面が均一に押圧されず、その上面の両角部分に隙間が生じることがある。
そこで、図2に示すように、グロメット5及びケース本体3の双方の上面と蓋体4との間に、液状ガスケットや接着剤等の粘着性の高いシール材6を介挿する必要がある。しかし、この場合、グロメット5及びケース本体3の双方の上面と蓋体4とがシール材6によって接着されるので、これら組付けの後、各々を分解して再組付けを行う際の分解時に、シール材6が剥がし難く、また、剥がしたとしてもシール材6がグロメット5やケース本体3に付着して再利用不可能となる問題があった。
また、シール材6が液状ガスケットや接着剤等のバネ定数が小さい部材である場合、蓋体4での押圧によってシール材6が押し潰され、グロメット5の圧縮が不十分となる。この場合、段差d1が完全に無くならないので隙間が生じる問題がある。
更に、グロメット5の圧縮が不十分な場合に、ケース本体3とグロメット5の接触部が十分に密着せず、ケース本体3とグロメット5の気密状態が不十分となる問題がある。
更に、ケース本体3に付着したシール材6がカスとなってケース内の電子部品や配線パターン等に落ちて付着することがあり、この場合、インバータ等の電子装置が漏電や誤動作を起こすことになるので再利用不可能となる問題があった。
更には、ケース内にシール材6が落ちないように分解するには、そのための養生が必要となり工数が係る問題が生じていた。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、蓋体でシール材を介してグロメット及びケース本体を押圧した際にシール材が押し潰され、グロメットの圧縮が不十分とならないようにすることができ、ケース本体、グロメット、シール材及び蓋体を工数が掛からないように容易に分解して再組立することができ、分解時にシール材のカスがケース内に落ちないようにすることができる電力変換装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明は、一方が開口した箱型の側壁に半円の凹状に貫通する取付部が形成されたケース本体と当該開口に蓋する蓋体とから成りケース内部に電力変換を行うインバータを含む電子部品が収納されるケースと、前記取付部に嵌合され、前記蓋体に押圧されて当該取付部の内周面に密着する弾性部材による半円状のグロメットと、前記ケース本体及び前記蓋体の間に押圧されて当該ケース本体及び当該蓋体に密着するシール材とを有する電力変換装置において、前記蓋体は、当該蓋体における前記ケース本体の側壁上面に当接する下面に、当該下面の前記グロメットに対向する部分に平行なレール状の2本の離間した凸部が配設された形状を成し、且つ当該凸部が前記グロメットの露出した上面よりも、前記凸部の突出方向及び前記取付部が形成された前記側壁の厚さ方向に直交する両側にやや長い寸法を有し、前記シール材は、前記2本の凸部の間に嵌合され、前記蓋体により前記ケース本体に蓋をしていない状態で、前記2本の凸部の間から前記凸部の突出方向に突き出る形状を成すことを特徴とする。
この構成によれば、シール材がバネ定数の小さい部材によるものである場合に、2本の凸部を設けた蓋体によって、ケース本体の開口を蓋する際に、蓋体の押圧力によってシール材がグロメットで押し潰される。これによって、グロメットの上面とケース本体の側壁上面との間に段差が残ったとしても、更に蓋体を押圧すれば、2本の凸部でグロメットが押圧される。これによってグロメットがケース本体と段差がなくなるように圧縮されるので、蓋体をケース本体に密着固定することができる。
請求項2に記載の発明は、一方が開口した箱型の側壁に半円の凹状に貫通する取付部が形成されたケース本体と当該開口に蓋する蓋体とから成りケース内部に電力変換を行うインバータを含む電子部品が収納されるケースと、前記取付部に嵌合され、前記蓋体に押圧されて当該取付部の内周面に密着する弾性部材による半円状のグロメットと、前記ケース本体及び前記蓋体の間に押圧されて当該ケース本体及び当該蓋体に密着するシール材とを有する電力変換装置において、前記蓋体は、当該蓋体における前記ケース本体の側壁上面に当接する下面に、当該下面の前記グロメットに対向する部分にレール状の1本の凸部が配設された形状を成し、前記凸部は、前記蓋体における前記ケース本体の側壁上面に当接する下面であって、当該下面の内側のみに形成されており、前記凸部は、前記グロメットの露出した上面よりも、前記凸部の突出方向及び前記取付部が形成された前記側壁の厚さ方向に直交する両側にやや長い寸法を有し、前記シール材は、前記蓋体により前記ケース本体に蓋をしていない状態で前記凸部よりも前記凸部の突出方向に突き出る形状を成すことを特徴とする。
この構成においても、請求項1と同様な作用効果を得ることが出来る。
請求項に記載の発明は、前記グロメットは、前記蓋体で前記シール材を介して前記ケース本体に密閉状態に蓋をした際に、当該グロメットにおける前記ケース本体の内側と外側との間の幅の真中において前記凸部と当接するように配設されることを特徴とする。
この構成によれば、ケース本体の開口を蓋する際に、蓋体のケース本体の内側のみに設けられた凸部がグロメットの真中を押圧するので、グロメットが効率よく圧縮されることになる。
請求項に記載の発明は、前記グロメットは、当該グロメットの中心部に前記電子部品を冷却するための冷却管又は前記電子部品と信号を授受するための導線ケーブルを挿通する貫通口が開口されていることを特徴とする。
この構成によれば、ケース本体の内部と外部を接続する必要がある部品において、すべてケース本体の一方向から組付けることが可能となるので、組付け性が向上する。
請求項に記載の発明は、前記グロメットは、当該グロメットの中心部に前記電子部品と信号を授受するためのコネクタが配設されていることを特徴とする。
この構成によれば、ケース内の電子部品に電気的な接続を行う際に、ケース外部に配置されたコネクタを介して行うことができるので、電気的な接続が容易となる。
請求項に記載の発明は、前記シール材は、ゴムを含む弾性部材によるものであることを特徴とする。
この構成によれば、シール材が弾性部材なので、シール材が蓋体等に付着しないため、ケース本体、グロメット、シール材及び蓋体の各部品の分解が、より容易となって、各部品を全て再利用可能となる。
従来の電力変換装置の側壁のグロメット周辺の構成を示す一部側面図である。 従来の電力変換装置の側壁のグロメットと蓋体との間にシール材を介挿する際の構成を示す一部側面図である。 本発明の実施形態に係る電力変換装置のケースの蓋体を外した際の構成を示す平面図である。 図3の矢印Y1方向から見たケースの側面図である。 上記ケースの側面の取付部にシール材を介して冷媒供給管及び冷媒排出管を挿通状態に嵌合した際の側面図である。 図5に示す破線枠内部分におけるケース本体に蓋体で蓋した状態の一部透視図となった一部側面図である。 上記ケースにおける蓋体の構造を示し、(a)は蓋体の一部側面図、(b)は(a)に示す線分A1−A2での断面図、(c)は(a)に示す蓋体の下面図である。 上記ケース本体の開口を蓋体で蓋をする際の作用を説明するための図である。 本実施形態の他の構成例の蓋体を示し、(a)は蓋体の下面図、(b)は蓋体の側面図である。 本実施形態の他の構成例の蓋体を示し、(a)は蓋体の一部側面図、(b)は(a)に示す線分B1−B2での断面図、(c)は(a)に示す蓋体の下面図である。 図10に示す蓋体の凸部が幅広のグロメットの真中を当接する際の様子を示す図である。 グロメットの貫通口を示す側面図である。 (a)グロメットに配設されるコネクタの正面図、(b)は側面図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
図3は、本発明の実施形態に係る電力変換装置のケースの蓋体を外した際の構成を示す平面図である。
図3に示す電力変換装置1は、DC−DC(直流−直流)コンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路の一部を構成する複数の半導体モジュール21並びにこれら半導体モジュール21を冷却する互いに連結された複数の冷却管22を交互に積層してなる半導体積層ユニット2と、この半導体積層ユニット2を内側に収容するケース本体3とを備え、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流を生成するために用いられる。この他、産業機器のモータ駆動インバータ、ビル空調用のエアコンインバータ等にも用いられる。
半導体積層ユニット2は、ケース本体3の外部から複数の冷却管22の内部に冷却媒体を供給するための冷媒供給管41と、複数の冷却管22からケース本体3の外部に冷却媒体を排出するための冷媒排出管42とを、積層方向の一端の冷却管22にそれぞれ接続してなる。冷媒供給管41及び冷媒排出管42は、図3の矢印Y1方向から見たケース本体3の側面図である図4に示すように、ケース本体3の側面に形成された2つの概略半円形で凹状に切り欠いた取付部3aに、図5に示すように、防水用のゴム等の弾性部材によるグロメット5を介して挿通されている。つまり、グロメット5は取付部3aよりもややサイズの大きい概略半円形状を成す。更に、グロメット5の中央部分には貫通口が形成され、この貫通口に冷媒供給管41又は媒排出管42が気密状態に挿通されている。
また、冷媒供給管41及び冷媒排出管42は、グロメット5よりもケース本体3の内側に冷媒供給管41及び冷媒排出管42を把持する把持治具(図示せず)を係合するための治具係合部61が外周に嵌合され、更に、ケース本体3の外部においてホース位置決め部62が外周に嵌合されている。このホース位置決め部62は、ケース本体3の外部から冷媒供給管41に冷却媒体を供給するための外部供給ホース621及び冷媒排出管42からケース本体3の外部に冷却媒体を排出するための外部排出ホース622を位置決めするためのものである。
また、半導体積層ユニット2は、複数の半導体モジュール21と複数の冷却管22とを交互に積層してなるが、冷却管22同士は、上流側においては供給側連結部221によって連結され、下流側においては排出側連結部222によって連結されている。その下流側のケース本体3と半導体積層ユニット2との間には、弾性力を有するバネ部材11が配設されている。ここで、ケース本体3は、バネ部材11の幅方向の両端部を係止する固定用部材12が当接する部材当接部32と、上流側端部の冷却管22の主面に当接する主面当接部33とを有する。バネ部材11は、下流側端部における冷却管22の主面に当接する当接板部13と固定用部材12との間において、半導体積層ユニット2を上流側に押圧した付勢状態で配設する。このバネ部材11の付勢力により、上流側端部における冷却管22の主面が主面当接部33と当接している。
次に、ケース本体3の上方の開口に蓋がされた状態を図6に示す。この図6は、図5に破線枠W1で囲む部分を表した側面図である。図6に示すように、ケース本体3の開口には当該ケース本体3の側壁上面にシール材73を介して蓋体71で密閉状態に蓋が成されている。但し、シール材73は、液状ガスケットや接着剤等のバネ定数が小さい部材であるとする。
本実施形態の特徴は、蓋体71の構造に有り、この蓋体71を図7に示す。図7(a)は蓋体71の一部側面図、図7(b)は(a)に示す線分A1−A2での断面図、図7(c)は(a)に示す蓋体71の下面図である。
この図7に示すように、蓋体71は、その下面におけるグロメット5の当接面に平行なレール状の凸部(以降、平行凸部と称す)71a,71bが設けられている。この平行凸部71a,71bは、グロメット5の露出した上面よりも両側にやや長い寸法(図6参照)となっており、当該平行凸部71a,71bの間の細長い溝部71cにシール材73が嵌合されるようになっている。
このような平行凸部71a,71bを設けた蓋体71によって、図8(a)に示すように、ケース本体3の開口を蓋体71で蓋をする際に、図8(b)に示すように、蓋体71の押圧力によってシール材73がグロメット5で押し潰されたとする。この場合、グロメット5の上面とケース本体3の側壁上面との間に段差d1aが残る。しかし、更に蓋体71を押圧することによって、図8(c)に示すように、平行凸部71a,71bでグロメット5が押圧され、これによってグロメット5がケース本体3と段差がなくなるように圧縮される。この状態で蓋体71を固定すれば電力変換装置1のケースが気密状に保持される。
従って、図7(b)に示す平行凸部71a,71bの高さd2は、シール材73のバネ定数に応じて決定する。つまり、蓋体71での押圧時にシール材73が潰れた際に、平行凸部71a,71bでグロメット5を段差d1aが無くなるように適正に圧縮できる高さd2とする。
このように本実施形態の電力変換装置1によれば、ケース本体3の側壁の取付部3aにグロメット5を嵌合し、ケース本体3の開口を当該開口側のグロメット露出面にシール材73を介挿して蓋体71でグロメット5を押圧して密閉状に蓋する構造において、蓋体71は、当該蓋体71におけるケース本体3の側壁上面に当接する下面に、当該下面のグロメット5への当接部分に平行なレール状の平行凸部(2本の凸部)71a,71bが配設された形状を成し、シール材73は、平行凸部71a,71bの間に嵌合されて突き出る形状を成すようにした。
この構成によれば、平行凸部71a,71bを設けた蓋体71によって、ケース本体3の開口を蓋する際に、蓋体71の押圧力によってシール材73がグロメット5で押し潰され、これによって、グロメット5の上面とケース本体3の側壁上面との間に段差d1aが残ったとしても、更に蓋体71を押圧すれば、平行凸部71a,71bでグロメット5が押圧される。これによってグロメット5がケース本体3と段差d1aがなくなるように圧縮されるので、蓋体71をケース本体3に密着固定することができる。更に、シール材73は平行凸部71a,71bの間に嵌合されるので、従来のようにシール材が圧縮されすぎて千切れたりすることも無くなる。
また、蓋体71は、図9(a)の蓋体71の下面図、(b)の側面図に示すように、ケース本体3の側壁上面への当接面全てに周回して、平行なレール状の凸部(周回平行凸部と称す)71e,71fを配設した形状としても良い。この場合、シール材73は、その周回平行凸部71e,71fの間の溝部71gに嵌合されて突き出る形状を成す。
この周回平行凸部71e,71fを設けた蓋体71によって、ケース本体3の開口を蓋する際に、蓋体71の押圧力によってシール材73がグロメット5で押し潰されても、前述同様に、更に蓋体71を押圧すれば、周回平行凸部71e,71fでグロメット5が押圧される。これによってグロメット5がケース本体3と段差d1aがなくなるように圧縮されるので、蓋体71をケース本体3に密着固定することができる。
更に、この蓋体71に周回平行凸部71e,71fを配設した構造の場合、ケースを分解する際に、周回平行凸部71e,71fの間の溝部71gにバネ定数の小さいシール材73が付着した状態となるので、蓋体71をケース本体3及びグロメット5から容易に取り去ることができる。従って、ケース本体3、グロメット5、シール材73及び蓋体71の各部品を工数が掛からないように容易に分解して再組立することができる。
また、シール材73は溝部71gに付着しているので、そのシール材73がカスとなってケース内に落ちて電子部品や配線パターン等に付着することはない。従って、電力変換装置1を再利用可能とすることができる。また、従来のようにケース内にシール材が落ちないようにするための養生が不要となるので、その分工数が掛からないようにすることが出来る。
また、蓋体71の下面に、図10に示すようにケース本体3の内側のみに凸部71bを有する形状としても良い。なお、図10(a)は蓋体71の一部側面図、図10(b)は(a)に示す線分B1−B2での断面図、図10(c)は(a)に示す蓋体71の下面図である。この構造の場合も、前述同様に蓋体71の押圧力によってシール材73がグロメット5で押し潰されても、更に蓋体71を押圧すれば凸部71bでグロメット5が押圧され、グロメット5がケース本体3と段差d1aがなくなるように圧縮されるので、蓋体71をケース本体3に密着固定することができる。また、蓋体71の下面のケース外側は開放されているので、この開放部分からシール材73を容易に差し込めるといったメリットもある。
更に、蓋体71が凸部71bを配設する構造の場合、図11に示すように、グロメット5のケース内側と外側との間のの真中(矢印Y2で指示)において凸部71bが当接するように、グロメット5が配設される。このようにすれば、凸部71bがグロメット5の真中を押圧するので、グロメット5が効率よく圧縮されることになる。
但し、蓋体71の下面にケース本体3の内側のみに凸部71bを有する形状は、周回平行凸部71e,71fの場合も同様な構造としても良い。即ち、蓋体71が、周回平行凸部71e,71fの内のケース本体3の内側の凸部71fのみを備える。
また、図12に示すように、グロメット5の中央部分の貫通口5aには、上述の実施形態では、冷却管としての冷媒供給管41又は冷媒排出管42が挿通されていたが、これに代え、ケース内のインバータ等の電子部品と図示せぬ外部装置とで信号を授受する導線ケーブルを気密状態に挿通しても良い。この場合でも前述同様の効果を得ることが出来る。また、ケース内部と外部を接続する必要がある部品において、すべてケース本体3の一方向から組付けることが可能となるので、組付け性が向上する。
更に、図13に示すようなコネクタ81をグロメット5の中央部分に取り付けても良い。図13(a)はコネクタ81の正面図、(b)は側面図である。コネクタ81は、グロメット5のケース内側で所定の電子部品と接続されており、ケース外側で図示せぬ外部装置のコネクタと接続するようになっている。このようにコネクタ81をグロメット5に取り付けた場合、ケース内の電子部品と外部装置とを容易に接続することができる。
更には、シール材73がバネ定数の小さい部材に代え、ゴム等の弾性部材による部材で形成されていても良い。この場合も、平行凸部71a,71b又は周回平行凸部71e,71fの高さd2を考慮する必要がある。即ち、蓋体71の押圧力によってシール材73がグロメット5で圧縮された後、更に蓋体71を押圧すれば平行凸部71a,71b又は周回平行凸部71e,71fでグロメット5が押圧され、グロメット5がケース本体3と段差d1aがなくなるように圧縮されるような高さd2とする。
このシール材73をゴム等の弾性部材によるものとした場合、シール材73が蓋体71等に付着しないので、ケース本体3、グロメット5、シール材73及び蓋体71の各部品の分解が、より容易となって、各部品を全て再利用可能となる。
1 電力変換装置
2 半導体積層ユニット
3 ケース本体
3a 取付部
4,71 蓋体
71a,71b,71e,71f
5 グロメット
5a 貫通口
6,73 シール材
11 バネ部材
12 固定用部材
13 当接板部
21 半導体モジュール
22 冷却管
32 部材当接部
33 主面当接部
41 冷媒供給管
42 冷媒排出管
61 治具係合部
62 ホース位置決め部
81 コネクタ
221 供給側連結部
222 排出側連結部
621 外部供給ホース
622 外部排出ホース

Claims (6)

  1. 一方が開口した箱型の側壁に半円の凹状に貫通する取付部が形成されたケース本体と当該開口に蓋する蓋体とから成りケース内部に電力変換を行うインバータを含む電子部品が収納されるケースと、前記取付部に嵌合され、前記蓋体に押圧されて当該取付部の内周面に密着する弾性部材による半円状のグロメットと、前記ケース本体及び前記蓋体の間に押圧されて当該ケース本体及び当該蓋体に密着するシール材とを有する電力変換装置において、
    前記蓋体は、当該蓋体における前記ケース本体の側壁上面に当接する下面に、当該下面の前記グロメットに対向する部分に平行なレール状の2本の離間した凸部が配設された形状を成し、且つ当該凸部が前記グロメットの露出した上面よりも、前記凸部の突出方向及び前記取付部が形成された前記側壁の厚さ方向に直交する両側にやや長い寸法を有し、
    前記シール材は、前記2本の凸部の間に嵌合され、前記蓋体により前記ケース本体に蓋をしていない状態で、前記2本の凸部の間から前記凸部の突出方向に突き出る形状を成すことを特徴とする電力変換装置。
  2. 一方が開口した箱型の側壁に半円の凹状に貫通する取付部が形成されたケース本体と当該開口に蓋する蓋体とから成りケース内部に電力変換を行うインバータを含む電子部品が収納されるケースと、前記取付部に嵌合され、前記蓋体に押圧されて当該取付部の内周面に密着する弾性部材による半円状のグロメットと、前記ケース本体及び前記蓋体の間に押圧されて当該ケース本体及び当該蓋体に密着するシール材とを有する電力変換装置において、
    前記蓋体は、当該蓋体における前記ケース本体の側壁上面に当接する下面に、当該下面の前記グロメットに対向する部分にレール状の1本の凸部が配設された形状を成し、
    前記凸部は、前記蓋体における前記ケース本体の側壁上面に当接する下面であって、当該下面の内側のみに形成されており、
    前記凸部は、前記グロメットの露出した上面よりも、前記凸部の突出方向及び前記取付部が形成された前記側壁の厚さ方向に直交する両側にやや長い寸法を有し、
    前記シール材は、前記蓋体により前記ケース本体に蓋をしていない状態で前記凸部よりも前記凸部の突出方向に突き出る形状を成すことを特徴とする電力変換装置。
  3. 前記グロメットは、前記蓋体で前記シール材を介して前記ケース本体に密閉状態に蓋をした際に、当該グロメットにおける前記ケース本体の内側と外側との間の幅の真中において前記凸部と当接するように配設されることを特徴とする請求項1又は2に記載の電力変換装置。
  4. 前記グロメットは、当該グロメットの中心部に前記電子部品を冷却するための冷却管又は前記電子部品と信号を授受するための導線ケーブルを挿通する貫通口が開口されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  5. 前記グロメットは、当該グロメットの中心部に前記電子部品と信号を授受するためのコネクタが配設されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
  6. 前記シール材は、ゴムを含む弾性部材によるものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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