JP6124008B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換回路と筐体とを有する電力変換装置に関する。

近年、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、ＰＨＥＶ（Plug-in HEV）、および、ＥＶ（Electric Vehicle）など、走行用のモータを搭載した車両が普及している。また、車両には、リフト、クレーン、または、電動コンプレッサを駆動するモータなど、高出力のモータが搭載されることがある。

このような車両には、電力を供給する蓄電池に加え、外部電源、蓄電池およびモータの間で電力を変換する電力変換装置が搭載される。電力変換装置には、電力変換回路として、外部電源から蓄電池の充電電圧を生成する充電回路、または、蓄電池の直流電流を三相の交流電流に変換してモータに出力するインバータ回路などが搭載される。

電力変換装置は、高電圧が印加又は生成される電力変換回路を有するため、電力変換回路を筐体で覆い隠す構成とするのが一般的である（例えば、特許文献１、２を参照）。筐体は、水滴または塵等が浸入しないように気密性が確保される。

特開２００３−００９３０１号公報 特開２００５−１４３２００号公報

車両の組み付け工程では、ユニット生産された電力変換装置を車両に組み付ける際に、電力出力用の配線（例えばモータに駆動電流を供給する出力ケーブル）を電力変換装置に結線する工程が含まれることがある。大電流が流れる配線は、確実な接続が必要である。このため、このような配線の接続方法としては、通常、コネクタ接続でなく、配線を電力変換装置の筐体内部へ通して、配線を結線部に直接に接続する方法が採用される。結線部への配線接続は、筐体の作業窓からドライバー等を差し入れて行われる。

結線部は、例えば、三相の交流電流が出力される３つの結線部など、複数箇所に設けられる。複数の結線部は、所定の絶縁距離を確保するため、或いは、磁界の影響を考慮して、互いに離間して配置されるのが一般である。このため、複数の結線部に対応する作業窓は、結線部が並ぶ方向に長い窓孔にするか、或いは、複数の結線部と同一方向に並ぶ複数の窓孔から構成される。

電力変換装置の筐体に作業窓を設ける場合、作業窓が開放されたときに安全を確保するインターロック機構を設ける必要がある。インターロック機構は、具体的には、作業窓の蓋が外されたときに、インターロックスイッチが切り換わって、電力の供給を遮断する機構などである。

しかしながら、作業窓が一方向に長い範囲に設けられる場合、インターロック機構の一部を構成する蓋を、どのように構成すれば良いかという課題が生じる。

例えば、金属製の蓋を採用し、蓋がガスケットを介して筐体に締結される構成とした場合、高い気密性を確保することができるが、インターロックスイッチを切り換える構造（例えば突起）を蓋に設けるには、蓋が樹脂製である場合と比較して成形が難しくなり、工数も増えるためにコストが高くなる。

一方、樹脂製の蓋を採用し、Ｏリングを備えた蓋が筐体に締結される構成とした場合、インターロックスイッチを切り換える構造（例えば突起）は、樹脂成型により低コストに且つ高い自由度で蓋に設けることができる。例えば、最適な形状の突起部を容易に蓋に設けることができる。しかしながら、長方形状など一方に長い形状の蓋をシールする場合、同様な形状のＯリングを用意する必要が生じるが、この形状の一方の長さが長くなるほどＯリングで気密性を維持することが難しくなる問題があった。

また、複数の結線部に対応させて複数組の作業窓および蓋を独立に設けたのでは、蓋の数だけインターロック機構を設ける必要が生じるという課題がある。

本発明の目的は、電力変換装置の作業窓の気密性を確保でき、且つ、インターロック機構の製造の容易性を図ることのできる電力変換装置を提供することである。

本発明の一態様に係る電力変換装置は、電力変換回路と、前記電力変換回路を収容する筐体と、前記筐体に設けられ、前記筐体の外部から内部へ通じる作業窓と、前記作業窓を塞ぐ複数の蓋と、前記複数の蓋の開閉状態に連動するインターロック機構と、を具備し、前記複数の蓋は、第１の蓋と、前記第１の蓋の一部の上に重なって前記筐体に固定される第２の蓋とを含み、前記インターロック機構は、前記筐体の内部に配置されたインターロックスイッチと、前記第２の蓋に設けられ、前記インターロックスイッチに作用して前記インターロックスイッチを切り換える作用部と、を有する構成を採る。

本発明によれば、電力変換装置の作業窓の気密性を確保でき、且つ、インターロック機構の製造の容易性を図ることができる。

本発明の実施の形態の電力変換装置とその周辺とを示すブロック図 実施の形態の電力変換装置を示す分解斜視図 実施の形態の電力変換装置の作業窓および蓋の構造を示す分解斜視図 実施の形態の電力変換装置の作業窓に蓋が固定された状態を示す斜視図 実施の形態の電力変換装置の作業窓を示す正面図 実施の形態の電力変換装置の作業窓に第１の蓋を固定した状態を示す正面図 実施の形態の電力変換装置の作業窓に第１の蓋および第２の蓋を固定した状態を示す正面図 実施の形態の電力変換装置のインターロック機構を示す平面図 実施の形態の電力変換装置が車両に搭載された状態を示す模式図

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態の電力変換装置とその周辺とを示すブロック図である。図２は、実施の形態の電力変換装置を示す分解斜視図である。

本実施の形態の電力変換装置１００は、例えば、車両１（図９を参照）に搭載される装置であり、筐体１１，１２と、充電装置１４と、ジャンクションボックス１５と、電力変換回路としてのインバータ１３とを備える。

電力変換装置１００は、外部コネクタを介して外部電源２０に接続可能であり、配線を介して電池（蓄電池）３０およびモータ４０に接続される。モータ４０は、例えば走行用のモータである。配線は、例えば出力ケーブル４２である。

充電装置１４は、例えばＡＣ−ＤＣ変換回路、及び／または、ＤＣ−ＤＣ変換回路を有し、外部電源２０から電力を入力して電池３０の充電電圧を生成する。

ジャンクションボックス１５は、電池３０、充電装置１４、およびインバータ１３の間で電気的な接続を中継し、電力の流れを分配する。ジャンクションボックス１５は、電気分配箱とも呼ばれる。

インバータ１３は、電池３０から供給される直流電流（または直流電力）を、三相交流電流（または交流電力）に変換してモータ４０へ出力する。

筐体１１，１２は、充電装置１４、ジャンクションボックス１５、および、インバータ１３を収容する。特に制限されないが、筐体１１，１２は、内部で仕切られて２つの収容空間を構成し、一方の筐体１１にはインバータ１３が収容され、他方の筐体１２には充電装置１４およびジャンクションボックス１５が収容される。

筐体１１，１２は、例えばアルミ鋳造により成型され、耐熱性および剛性を有する。筐体１１，１２は、水滴または塵等が浸入しないように気密性が確保される。

［作業窓の構成］
筐体１１には、図２に示すように、三相の出力ケーブル４２をインバータ１３に直接に接続するための２つの作業窓１１１，１１２が設けられている。

図３は、実施の形態の電力変換装置の作業窓および蓋の構造を示す分解斜視図である。図４は、作業窓に蓋が固定された状態を示す斜視図である。図５は、作業窓を示す正面図である。図６は、作業窓に第１の蓋を固定した状態を示す正面図である。図７は、作業窓に第１の蓋および第２の蓋を固定した状態を示す正面図である。

作業窓１１１，１１２は、図５に示すように、筐体１１の外部から内部へ通じる貫通孔である。作業窓１１１，１１２は、３つの結線部１３１が面する位置に設けられる。３つの結線部１３１は、三相の交流電流をモータ４０へ伝送する３つの出力ケーブル４２の接続端子４２ａと、インバータ１３の出力端子とをネジ等で止着する部位である。

３つの結線部１３１は、磁気的な影響、および、所定の絶縁距離を確保する必要から、離間して配置される。３つの結線部１３１は、インバータ１３の基板に沿って一列に配列される。

３つの出力ケーブル４２は、筐体１１の下部の３つの貫通孔から筐体１１の内部にそれぞれ通される。３つの貫通孔は、３つのケーブルクランプ４２ｂが締められて気密性が確保される。

一方の作業窓１１１は、一方に長い長穴形状である。具体的には、作業窓１１１は、３つの結線部１３１が並ぶ方向に長い長方形状（角をＲ形状にした長方形状）である。作業窓１１１には、２つの結線部１３１が面する。

他方の作業窓１１２は、縦横の長さが大きく異ならない形状の穴である。具体的には、作業窓１１２は、略円形、又は、僅かに一方に長い楕円形状などである。作業窓１１２には、１つの結線部１３１が面する。

［作業窓の蓋の構成］
筐体１１は、図３に示すように、作業窓１１１，１１２を塞ぐための複数の蓋５１、５２を有する。

第１の蓋５１は、一方の作業窓１１１を塞ぐものであり、板金を加工してなる金属製の蓋である。蓋５１は、剛性の高いガスケット５１１を挟んで、ボルト等を介して筐体１１に締結される。なお、蓋５１は、剛性を有する部材であれば、金属製に限られない。

第２の蓋５２は、他方の作業窓１１２を塞ぐものであり、樹脂により一体成型される。蓋５２には、後述するインターロックスイッチ１３５（図８参照）を押す突起５２２（作用部に相当）が樹脂の一体成型により設けられている。なお、蓋５２は、インサート成形またはアウトサート成形により、一部が金属で一部が樹脂の構成としてもよい。

蓋５２は、ボルト等を介して筐体１１に締結される。蓋５２には、弾力性を有するＯリング５２１（例えばゴム製のＯリング）が嵌められている。Ｏリング５２１は、蓋５２と作業窓１１２との間に挟まれて、これらの隙間をシールする。

蓋５２には、筐体１１に締結されたときにもう一方の蓋５１に重なる重畳部５２ａが設けられている。重畳部５２ａは、蓋５１の締結部５１ａの上（筐体外方）に重なるように、例えば、蓋５１を締結するボルトの上に重なるように構成される。この構成により、図４および図７に示すように、蓋５２が締結された状態では、もう一方の蓋５１のボルトが隠れて、もう一方の蓋５１の締結が解けないようになっている。すなわち、蓋５２を開けないことには、もう一方の蓋５１が開かない構造になっている。

蓋５２に対応した作業窓１１２の近傍には、蓋５２が左右逆に取り付けられないように、突起１１３が設けられている。

［インターロック機構の構成］
図８は、実施の形態の電力変換装置のインターロック機構を示す平面図である。

実施の形態の電力変換装置１００には、作業窓１１１，１１２が開放されたときに安全を確保するインターロック機構が設けられている。

インターロック機構は、筐体１１の内部に配置されたインターロックスイッチ１３５と、インターロックスイッチ１３５に作用してスイッチを切り換える突起５２２とから、主に構成される。

インターロックスイッチ１３５は、例えば、アーム１３５ａを押し込むことで切り換わる接触式のスイッチである。インバータ１３には、アーム１３５ａが押し込まれることで、インバータへの電力入力が行われ、アーム１３５ａの押し込みが開放されたときに、インバータへの電力入力が遮断される遮断回路が備わっている。

突起５２２は、先に説明したように、蓋５２に設けられ、蓋５２が締結された状態で、作業窓１１２から筐体１１の内部へ突出し、インターロックスイッチ１３５のアーム１３５ａを押し込むように構成される。

なお、インターロックスイッチ１３５は、接触方式とせず、突起５２２の近接により状態が切り換わる近接センサー方式のスイッチを採用してもよい。

［車両への搭載工程］
図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、実施の形態の電力変換装置が車両に搭載された状態の２つの例を示す模式図である。

図９（Ａ）の車両は、走行用のモータ４０が、前輪車軸の近傍に配置されている例である。電池３０は、車両１の底部（例えば座席シートの下）に配置される。この場合、電力変換装置１００は、モータ４０との距離が最短で接続可能な、車両１の前方の部位に配置されるとよい。

図９（Ｂ）の車両は、走行用のモータ４０が、後輪車軸の近傍に配置されている例である。電池３０は、車両１の底部（例えば座席シートの下）に配置される。この場合、電力変換装置１００は、モータ４０との距離が最短で接続可能な、車両１の後方に部位に配置されるとよい。

電力変換装置１００を車両１へ搭載する工程では、ユニット生産された電力変換装置１００を車両１へ搭載した後、或いは、その過程で、出力ケーブル４２をインバータ１３に接続する工程が必要となる。

ケーブル接続工程では、先ず、図３および図５に示したように、蓋５１，５２が開放された状態で、作業者が、作業窓１１１，１１２を介して３本の出力ケーブル４２の接続端子４２ａを、インバータ１３の結線部１３１に結線する。蓋５２が外れていることで、インターロックスイッチ１３５がオフになり、インバータ１３への電力入力が遮断される。よって、安全を確保した状態で結線作業を行うことができる。

結線作業が済んだら、図６に示すように、作業者は、一方の蓋５１を筐体１１に締結する。次に、図７に示すように、他方の蓋５２を筐体１２に締結する。これらの締結により筐体１１の高い気密性が確保される。他方の蓋５２の締結により、インターロックスイッチ１３５がオンされて、インバータ１３への電力供給が可能となる。

［実施の形態の効果］
以上のように、本実施の形態の電力変換装置１００によれば、一方の蓋５２がもう一方の蓋５１に一部重なるように締結される。したがって、一方の蓋５２の開閉に連動するインターロック機構を設けるだけで、作業窓１１１，１１２の開放に伴う安全を確保することが可能となる。すなわち、一方の蓋５２を外さないと、もう一方の蓋５１が外れない。

さらに、本実施の形態では、作業窓１１１，１１２を塞ぐために、複数の蓋５１，５２を有している。これにより、互いに離間して配置される複数の結線部に対応して、作業窓１１１，１１２が一方に長い範囲に設けられる構成でも、インターロック機構の作用部（例えば突起）が必要な第２の蓋５２を、小さい形状（或いは上下左右の寸法が大きく異ならない形状）にすることができる。これにより、第２の蓋５２を樹脂製として、インターロック機構の作用部（例えば突起）を容易に且つ低コストに設けることが可能となり、且つ、Ｏリングにより、高い気密性を容易に確保することができる。

また、本実施の形態では、インターロック機構の作用部（例えば突起）を必要としない第１の蓋５１、および、それに対応する作業穴１１１は、一方に長い形状として、２つの結線部１３１が面するように構成される。これにより、部品点数の削減、および、結線作業の効率向上が図られる。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。

なお、上記実施の形態では、インターロック機構として、作業窓１１１，１１２が開放したときに、インバータ１３に電力供給が遮断される構成を例示した。しかしながら、インターロック機構は、少なくとも結線部１３１への高電圧の印加が遮断される構成としてもよい。

また、上記実施の形態では、２つの作業窓１１１，１１２と２つの蓋５１，５２とを有する構成を例示したが、ｎ個（ｎは３以上の自然数）の作業窓とｎ個の蓋とを有する構成としてもよい。この場合、ｎ個の蓋は、各々が他の蓋と一部が重なるように構成し、最後の１つを除く各々の蓋が、他の蓋が外されないと外れないように構成すれば良い。そして、最後に締結される蓋にインターロック機構の作用部（例えば突起）が設けられればよい。

また、上記実施の形態では、２つの作業窓１１１，１１２と２つの蓋５１，５２とを有する構成を例示したが、１つの作業窓と、２つの蓋とを有する構成としてもよい。この場合、第１の蓋が１つの作業窓の全周を覆いつつ、第１の蓋の一部に小さな作業窓となる貫通孔を設けておき、この第１の蓋に設けられた作業窓を第２の蓋が覆う構成とすればよい。

また、上記実施の形態では、第１の蓋５１の締結部５１ａ（ボルト）の上に、第２の蓋５２の一部が重なる構成を例示した。しかしながら、第１の蓋５１の締結部以外の部位に第２の蓋５２が重なって、第２の蓋５２を外さないと第１の蓋５１が外れない構成としてもよい。また、蓋５１と蓋５２との重なり部分に、両者をまとめて筐体１１に締結する構成、例えば、蓋５１および蓋５２に重なり合う挿通穴が設けられ、１つのボルトが両者の挿通穴を通って筐体１１に締結される構成としてもよい。

また、上記実施の形態では、作業窓１１１，１１２は、モータ４０の出力ケーブル４２を結線するための作業窓であると説明したが、作業窓は、例えば、電力を入力するハーネスの端子結線用、その他、様々な目的で設けられる作業窓としてもよい。

また、上記実施の形態では、電力変換装置の筐体に収容される回路として、インバータ１３、充電装置１４およびジャンクションボックス１５を例に示した。しかしながら、電力変換装置の筐体に収容される回路としては、インバータのみ、充電回路のみ、その他、高電圧が印加又は生成される種々の強電回路が採用されてもよい。

本発明は、例えば車両に搭載される電力変換装置に利用できる。

１ 車両
１１ 筐体
１３ インバータ（電力変換回路）
４２ 出力ケーブル
４２ａ 接続端子
５１ 蓋（第１の蓋）
５１ａ 締結部
５２ 蓋（第２の蓋）
５２２ 突起（作用部）
５２ａ 重畳部
１００ 電力変換装置
１１１，１１２ 作業窓
１３１ 結線部
１３５ インターロックスイッチ
５１１ ガスケット
５２１ Ｏリング

Claims (6)

1. 電力変換回路と、
   前記電力変換回路を収容する筐体と、
   前記筐体に設けられ、前記筐体の外部から内部へ通じる作業窓と、
   前記作業窓を塞ぐ複数の蓋と、
   前記複数の蓋の開閉状態に連動するインターロック機構と、
   を具備し、
   前記複数の蓋は、第１の蓋と、前記第１の蓋の一部の上に重なって前記筐体に固定される第２の蓋とを含み、
   前記インターロック機構は、
   前記筐体の内部に配置されたインターロックスイッチと、
   前記第２の蓋に設けられ、前記インターロックスイッチに作用して前記インターロックスイッチを切り換える作用部と、
   を有する、
   電力変換装置。
2. 前記第１の蓋と前記第２の蓋との重なり部分に、前記第１の蓋を前記筐体に締結する締結部が設けられている、
   請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記作業窓には、三相交流電力を伝送する三相ケーブルの３つの結線部が面し、
   前記作業窓は、一方向に長い窓孔、一方向に並ぶ複数の窓孔、又は、これらの組み合わせから構成される、
   請求項１記載の電力変換装置。
4. 前記第１の蓋は、金属製の蓋であり、前記作業窓のうち前記３つの結線部の２つの結線部が面する部分を塞ぎ、
   前記第２の蓋は、少なくとも一部が樹脂製の蓋であり、前記作業窓のうち前記３つの結線部の残り１つの結線部が面する部分を塞ぐ、
   請求項３記載の電力変換装置。
5. 前記第１の蓋は、ガスケットを挟んで前記筐体に固定される金属製の蓋であり、
   前記第２の蓋は、Ｏリングを挟んで前記筐体に固定される、少なくとも一部が樹脂製の蓋である、
   請求項１記載の電力変換装置。
6. 前記電力変換回路は、車両に搭載されるモータに交流電力を出力するインバータ回路である、
   請求項１記載の電力変換装置。
   
   
   

Images