JP2004312925A

JP2004312925A - 電気回路と回路素子とを有する電気機器

Info

Publication number: JP2004312925A
Application number: JP2003105263A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Onishi; 謙一大西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】コンデンサ素子を有するインバータ装置を小型化する。
【解決手段】インバータユニット１００は、コンデンサハウジング１１０と、インバータケース１２０と、ヒートシンク１３０と、コンデンサ素子１１２と、コンデンサバスバー１１４と、インバータ入力バスバー１１６と、モールド樹脂１１８と、インバータ制御基板１２２と、バスバー締結ボルト１２４と、ナット１２６と、パワー半導体１２８と、防水キャップ１３２とを含む。コンデンサハウジング１１０の内側には、コンデンサ素子１１２がモールド樹脂１１８により取り付けられる。インバータ入力バスバー１１６の端部は、垂直方向に曲げられている。その端部とコンデンサバスバー１１４とは、バスバー締結ボルト１２４とナット１２６とにより締結される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気回路と電気回路に接続される回路素子とを有する電気機器に関し、特に、インバータとそのインバータに接続されるコンデンサ素子とを有する電気機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンデンサ素子とインバータとを格納したインバータユニットとして、以下のものが開示されている。
【０００３】
図７を参照して、従来の方法によりコンデンサ素子を格納したインバータユニットについて説明する。図７は、従来の構造を有するインバータユニット２００の断面図である。
【０００４】
インバータユニット２００は、カバー２０２、インバータケース２０４、コンデンサハウジング２０６、コンデンサ素子２０８、モールド樹脂２１０、コンデンサバスバー２１２、インバータ入力バスバー２１４、バスバー締結ボルト２１６、およびヒートシンク２１８を含む。インバータ入力バスバー２１４には、インバータ回路（図示しない）が取り付けられている。
【０００５】
コンデンサ素子２０８は、モールド樹脂２１０によりコンデンサハウジング２０６に固定されている。コンデンサバスバー２１２とインバータ入力バスバー２１４とは、バスバー締結ボルト２１６により締結されている。コンデンサバスバー２１２は、その面がインバータ入力バスバー２１４の上面に合うように直角に曲げられている。これにより、バスバー締結ボルト２１６を取り付けるときの作業性を向上させることができる。
【０００６】
しかし、図７に示す構造によると、バスバー締結ボルト２１６の上部が無駄スペースとなるため、インバータユニットの小型化に限界があった。
【０００７】
このような問題を解決するために、特開２０００−１５２６５６号公報（特許文献１）は、平滑コンデンサを有する小型の電力変換装置を開示する。図８を参照して、この電力変換装置３００は、電力変換部３０２と、一対の広幅側面部を有して電圧変動を低減する扁平型コンデンサ３０４と、電力変換部３０２および扁平型コンデンサ３０４を格納するケース３０６，３０８と、扁平型コンデンサの一対の広幅側面部の軸方向かつ周方向における少なくとも中央部にそれぞれ密接してその膨張を規制する少なくとも一対の挟持部材３１０と、基板３１２と、入力端子３１４と、接続部材３１６，３１８とを含む。電力変換部３０２と扁平型コンデンサ３０４とは、コンデンサの入力端子３１４および接続部材３１６，３１８により接続されている。
【０００８】
この電力変換装置によると、平滑コンデンサとして扁平型コンデンサ３０４を使用することにより、ケース３０６，３０８の高さ寸法を小さくすることができる。その結果、電力変換装置の高さ形状も小型化することができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１５２６５６号公報（図２）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された電力変換装置によると、扁平型コンデンサ３０４により高さ方向を小型化することはできても、軸方向（すなわち、水平方向）が短縮されないため、装置全体として小型化することができないという問題があった。
【００１１】
また、一般に、電力変換装置の作動時には、コンデンサの充放電によってコンデンサと電気回路との接続部分が発熱するため、電力変換装置の温度が上昇する。このとき、電力変換装置内の位置によって温度上昇の程度が異なるため、この装置の温度特性に影響を与える場合があった。
【００１２】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、全体の大きさが小型化され、部品点数が低減され、さらには温度特性の変化が抑制される電気機器を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る電気機器は、電気回路と、電気回路に接続される回路素子と、回路素子を格納するハウジングと、電気回路と回路素子とハウジングとを格納するケースとを有する電気機器である。この電気機器は、ハウジングとケースとが一体にされることにより、回路素子および電気回路を外部から遮断するものである。
【００１４】
第１の発明によると、回路素子を格納するハウジングと、これらと電気回路とを格納するケースとが一体にされることにより、回路素子および電気回路を外部から遮断（保護）される（たとえば、回路素子を格納しつつケースの開口部を閉じることができる）。このようにすると、ケースの開口部を閉じるためだけの部材が不要になるため、電気機器の部品点数が削減される。また、そのような部材のスペースを削減することができるため、電気機器を小型化することができる。これにより、全体の大きさが小型化され、部品点数が低減される電気機器を提供することができる。
【００１５】
第２の発明に係る電気機器は、第１の発明の構成に加えて、電気回路に設けられた電気回路バスバーと、回路素子に設けられた回路素子バスバーと、電気回路バスバーと回路素子バスバーとを固定する固定部材とをさらに含む。ケースには、締結部材が貫通する開口部が設けられる。電気回路バスバーと回路素子バスバーとは、開口部を介して固定部材により固定される。
【００１６】
第２の発明によると、固定部材を用いて電気回路バスバーと回路素子バスバーとを開口部を介して固定することにより、電気回路と回路素子と締結することができる。このようにすると、締結のための作業スペース（空間）をケースの内部に設ける必要がなくなるため、作業性を損なうことなく電気機器を小型化することができる。
【００１７】
第３の発明に係る電気機器は、第２の発明の構成に加えて、複数の電気回路バスバーと回路素子バスバーとを有する。複数の電気回路バスバーと回路素子バスバーとは、複数の固定部において固定部材により固定される。
【００１８】
第３の発明によると、電気回路バスバーと回路素子バスバーとは、複数の固定部において固定されているため、電気機器の作動時における発熱を各固定部に分散させることができる。このようにすると、電気機器、回路素子（たとえば、インバータユニット）における温度分布の差異が小さくなるため、電気機器の温度特性の変化を防止することができる。また、各接続部分から回路素子までの距離が、固定部が１箇所の場合における距離に比べて短くなるため、各回路のインダクタンスを小さくすることができる。これにより、回路素子における損失を低減することができる。
【００１９】
第４の発明に係る電気機器は、第３の発明の構成に加えて、複数の固定部は、電気機器の中心に対して対称となるように設けられる。
【００２０】
第４の発明によると、電気機器における温度分布の偏りが抑制されるため、局所的な温度変化を防止することができる。
【００２１】
第５の発明に係る電気機器は、第２〜４のいずれかの発明の構成に加えて、シール部材をさらに含む。シール部材は、開口部に取り付けられる。
【００２２】
第５の発明によると、シール部材（たとえば、防水キャップ、防水パテ等）により、ケースの開口部における防水性を向上することができる。
【００２３】
第６の発明に係る電気機器は、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、樹脂部材をさらに含む。回路素子は、樹脂部材によりハウジングに取り付けられる。
【００２４】
第６の発明によると、回路素子とハウジングとの間が絶縁されるため、電気機器を安定して作動させることができる。
【００２５】
第７の発明に係る電気機器は、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、電気回路はインバータ回路であり、回路素子はコンデンサであるものである。
【００２６】
第７の発明によると、インバータ回路を格納するケースの開口部はコンデンサのハウジングにより密閉されるため、インバータ回路とコンデンサとを含む電気機器の部品数を低減しつつ、小型化することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００２８】
＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るインバータユニット１００の構成について説明する。図１は、インバータユニット１００の垂直方向の断面図である。
【００２９】
このインバータユニット１００は、コンデンサハウジング１１０と、インバータケース１２０と、ヒートシンク１３０と、コンデンサ素子１１２と、コンデンサバスバー１１４と、インバータ入力バスバー１１６と、モールド樹脂１１８と、インバータ制御基板１２２と、バスバー締結ボルト１２４と、ナット１２６と、パワー半導体１２８と、防水キャップ１３２とを含む。モールド樹脂１１８は、絶縁性を有する樹脂である。
【００３０】
コンデンサ素子１１２は、モールド樹脂１１８によってコンデンサハウジング１１０の内側に取り付けられている。したがって、コンデンサ素子１１２とコンデンサハウジング１１０とは、絶縁されている。
【００３１】
コンデンサ素子１１２の端部には、コンデンサバスバー１１４が取り付けられている。この取り付け方法は特に限られず、コンデンサ素子１１２とコンデンサバスバー１１４との間の導通が確保される方法（たとえば溶接）であればよい。
【００３２】
インバータケース１２０は、ヒートシンク１３０に取り付けられている。インバータケース１２０の側面には、図１に示すように、バスバー締結ボルト１２４を外部から取り付けるための開口部１３４が形成されている。
【００３３】
インバータ入力バスバー１１６には、インバータ制御基板１２２が取り付けられている。インバータ入力バスバー１１６の端部は、垂直方向に曲げられている。その端部とコンデンサバスバー１１４の端部とは、バスバー締結ボルト１２４およびナット１２６により締結されている。また、インバータ入力バスバー１１６は、インバータ制御基板１２２の重みによってパワー半導体１２８に接触しないように、支持部材（図示しない）によって支えられている。
【００３４】
このように取り付けることにより、コンデンサ素子１１２とインバータ制御基板１２２との間の導通を確実にすることができる。
【００３５】
コンデンサハウジング１１０とインバータケース１２０との接続部分は、たとえば溶接によって接合されている。これにより、振動によって、加速度がインバータユニット１００に生じた場合でも、コンデンサハウジング１１０とインバータケース１２０とは、分離することなく接続状態を維持することができる。
【００３６】
パワー半導体１２８は、ヒートシンク１３０に取り付けられている。これにより、パワー半導体１２８から発せられる熱は、ヒートシンク１３０を介して放熱されるため、インバータユニット１００の温度の上昇を防止することができる。なお、パワー半導体１２８とヒートシンク１３０との間に生じる隙間にシリコングリースなどの熱伝導グリースを塗布してもよい。これにより、放熱効果をさらに向上させることができる。
【００３７】
防水キャップ１３２は、バスバー締結ボルト１２４の外部から取り付けられ、インバータユニット１００を防水する。
【００３８】
以上のようにして、本発明の第１の実施の形態に係るインバータユニット１００によると、コンデンサバスバー１１４とインバータ入力バスバー１１６とを取り付けるためのバスバー締結ボルト１２４を、外部から締結することができる。また、インバータユニット１００の内部には、コンデンサバスバー１１４とインバータ入力バスバー１１６とを取り付けるためのスペースを設ける必要がなくなる。
【００３９】
これにより、このバスバー締結ボルト１２４の締結時における作業性の低下を防止するとともに、インバータユニット１００を小型化することができる。
【００４０】
また、コンデンサハウジング１１０は、インバータケース１２０のカバーとしての機能を果たす。さらに、コンデンサハウジング１１０とインバータケース１２０とは、溶接により接合されている。コンデンサバスバー１１４とインバータ入力バスバー１１６とは、ボルトにより締結されている。なお、コンデンサハウジング１１０とインバータケース１２０とは、ボルトによって締結されていてもよい。
【００４１】
コンデンサハウジング１１０とインバータケース１２０とを溶接により接合することによって、インバータケース１２０の開口部を閉じるカバー、あるいはコンデンサハウジング１１０を取り付けるためのフランジが不要となるため、インバータユニット１００の部品に関するコストを低減することができる。これにより、組立のための作業性を損なうことなく、部品点数を削減することができ、さらには小型化することができるインバータユニットを提供することができる。
【００４２】
＜第２の実施の形態＞
以下、図２〜図６を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４３】
図２を参照して、本実施の形態に係るインバータユニット４００の構成について説明する。図２は、インバータユニット４００の垂直方向の断面図である。
【００４４】
このインバータユニット４００は、コンデンサハウジング４１０と、インバータケース４２０と、ヒートシンク４３０と、コンデンサ素子４１２と、コンデンサバスバー４１４と、インバータ入力バスバー４１６と、モールド樹脂４１８と、インバータ制御基板４２２と、バスバー締結ボルト４２４と、ナット４２６と、パワー半導体４２８と、防水キャップ４３２とを含む。
【００４５】
インバータケース４２０には、各側面（計４面）に開口部４３４が設けられている。コンデンサバスバー４１４とインバータ入力バスバー４１６とは、後述するように、各開口部に対応して４ヶ所設けられている。コンデンサバスバー４１４は、正極バスバーおよび負極バスバーからなる。
【００４６】
インバータユニット４００は、前述のインバータユニット１００（図１）に対し、開口部４３４、コンデンサバスバー４１４およびインバータ入力バスバー４１６の数が異なるが、その他の構成は同じである。したがって、それらについての説明は、繰り返さない。
【００４７】
図３を参照して、本実施の形態に係るインバータユニット４００におけるインバータ制御基板４２２との接続部の構成について説明する。図３は、図２に示したコンデンサ素子４１２の取付部分を、Ｘ方向から表わした図である。
【００４８】
コンデンサ素子４１２は、コンデンサ素子取付板４４０，４４２の間に配置されている。コンデンサ素子取付板４４０には、４つの負極バスバー４１４ｂが取り付けられている。コンデンサ素子取付板４４２には、４つの正極バスバー４１４ａが取り付けられている。これらのバスバーは、インバータ制御基板４２２（図２）に取り付けられているバスバー（図示しない）に接続される。
【００４９】
図４を参照して、本実施の形態に係るインバータユニット４００における正極バスバー４１４ａおよび負極バスバー４１４ｂの配置について説明する。図４は、図３に示したコンデンサ取付板４４０をＹ方向から表わした図である。
【００５０】
正極バスバー４１４ａと負極バスバー４１４ｂとは、コンデンサ素子取付板４４２において点対称となる位置に配置されている。このようにすると、インバータユニット４００の作動時には、各接続部を介してコンデンサ素子４１２が充放電されるため、コンデンサ素子４１２の温度が変化した場合、温度変化の偏りが小さくなる。これにより、インバータユニット４００の作動特性の変化を抑制することができる。
【００５１】
なお、各バスバーの配置はこれに限られず、対称とならない配置であってもよい。また、接続部分の数は、４ヶ所に限られず、インバータユニット４００のスペースの制約等により増減してもよい。
【００５２】
図５および図６を参照して、インバータユニットに含まれるコンデンサ素子の温度分布について説明する。図５は、本実施の形態に係るインバータユニット４００の各コンデンサ素子４１２における温度分布を表わす図である。図６は、従来のインバータユニットのコンデンサ素子における温度分布を表わす図である。各図において、曲線（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、等温曲線を表わす。
【００５３】
図５におけるコンデンサ素子４１２の温度の大小関係は、曲線（Ｂ）＜曲線（Ａ）、あるいは曲線（Ｂ）＜曲線（Ｃ）である。この場合、たとえば、コンデンサ素子４１２ａとコンデンサ素子４１２ｃとの間の温度差（ΔＴ）は比較的小さい。
【００５４】
一方、図６におけるコンデンサ素子８１２の温度の大小関係は、曲線（Ｃ）＜曲線（Ｂ）＜曲線（Ａ）である。この場合、たとえば、コンデンサ素子８１２ａとコンデンサ素子８１２ｃとの温度差は、図５の場合の温度差（ΔＴ）よりも大きくなる。
【００５５】
このように、従来の接続構造を有するインバータユニットにおいては、コンデンサ素子８１２の温度分布は、正極バスバー８１４ａの位置に依存するため、正極バスバー８１４ａの近くに配置されるコンデンサ素子の温度は、正極バスバー８１４ａから離れて配置されるコンデンサ素子の温度よりも高くなる。したがって、複数箇所においてコンデンサ素子とインバータとを接続することにより、コンデンサ素子の充放電による温度上昇の影響が特定のコンデンサに集中することを防止することができる。
【００５６】
以上により、本実施の形態に係るインバータユニット４００によると、複数の正極バスバー４１４ａおよび負極バスバー４１４ｂは、インバータ制御基板４２２との接続箇所の位置が対称となるようにコンデンサ素子取付板４４０に設けられている。これにより、コンデンサ素子の充放電電流を分散することができるため、特定のコンデンサ素子のみが高温にならない。これにより、インバータユニット４００の局所的な温度上昇を防止することができる。また、インバータユニット４００の温度特性の変化を抑制することができる。
【００５７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るインバータユニットの断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るインバータユニットの断面図である。
【図３】図２に示すインバータユニットにおけるコンデンサ素子の取付部分を表わす図（その１）である。
【図４】図２に示すインバータユニットにおけるコンデンサ素子の取付部分を表わす図（その２）である。
【図５】図２に示すインバータユニットのコンデンサ素子における温度分布を表わす図である。
【図６】従来のインバータユニットのコンデンサ素子における温度分布を表わす図である。
【図７】従来のインバータユニットの断面図（その１）である。
【図８】従来のインバータユニットの断面図（その２）である。
【符号の説明】
１００インバータユニット、１１２，４１２コンデンサ素子、１１４，４１４コンデンサバスバー、４１４ａ，８１４ａ正極バスバー、４１４ｂ負極バスバー、１１６，４１６インバータバスバー、１１８，４１８モールド樹脂、１２０，４２０インバータケース、１２２，４２２インバータ制御基板、１２４，４２４バスバー締結ボルト、１２６，４２６ナット、１２８，４２８パワー半導体、１３０，４３０ヒートシンク、１３２，４３２防水キャップ、４４０，４４２コンデンサ素子取付板、８１４バスバー。

Claims

電気回路と、前記電気回路に接続される回路素子と、前記回路素子を格納するハウジングと、前記電気回路と前記回路素子と前記ハウジングとを格納するケースとを有する電気機器であって、
前記ハウジングと前記ケースとが一体にされることにより、前記回路素子および前記電気回路を外部から遮断する、電気機器。
前記電気機器は、
前記電気回路に設けられた電気回路バスバーと、
前記回路素子に設けられた回路素子バスバーと、
前記電気回路バスバーと前記回路素子バスバーとを固定する固定部材とをさらに含み、
前記ケースには、前記締結部材が貫通する開口部が設けられ、
前記電気回路バスバーと前記回路素子バスバーとは、前記開口部を介して前記固定部材により固定される、請求項１に記載の電気機器。
前記電気機器は、複数の前記電気回路バスバーと前記回路素子バスバーとを有し、
前記複数の電気回路バスバーと前記回路素子バスバーとは、複数の固定部において前記固定部材により固定される、請求項２に記載の電気機器。
前記複数の固定部は、前記電気機器の中心に対して対称となるように設けられる、請求項３に記載の電気機器。
前記電気機器は、シール部材をさらに含み、
前記シール部材は、前記開口部に取り付けられる、請求項２〜４のいずれかに記載の電気機器。
前記電気機器は、樹脂部材をさらに含み、
前記回路素子は、前記樹脂部材により前記ハウジングに取り付けられる、請求項１〜５のいずれかに記載の電気機器。
前記電気回路はインバータ回路であり、
前記回路素子はコンデンサである、請求項１〜６のいずれかに記載の電気機器。