JP2005166866A - 電気機器を収容する筐体の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数の増加を抑えた簡易な構成で複数の電気機器を冷却する。
【解決手段】 上側ケース１００は上側フランジ１０６を含む。下側カバー３００は下側フランジ３０２を含む。上側ケース１００と下側カバー３００とは、上側フランジ１０６と下側フランジ３０２とにより、下側ケース２００の外周部２０４を挟持している。ボルト８００が、上側フランジ１０６、下側フランジ３０２および下側ケース２００の外周部２０４に設けられたボルト挿通孔に挿通されている。各ボルト８００にはナットが螺着され、上側ケース１００、下側ケース２００および下側カバー３００が共締めされて、固定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気機器を収容する筐体の構造に関し、特に、複数の電気機器を収容する筐体の構造に関する。

従来より、モータからの駆動力により走行する電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車などが知られている。このような車両には、モータに供給する電力、およびモータが発電した電力を所望の状態に変換するため、インバータやコンバータなどを含むＰＣＵ（Power Control Unit）が搭載されている。

特開２００３−１０１２７７号公報（特許文献１）は、パワーモジュールとコンバータとを冷却することができるＰＣＵを開示する。特許文献１に記載のＰＣＵは、発熱素子を有するパワーモジュールと、パワーモジュールが底面に載置されたインバータケースと、インバータケースの底面の裏側に設けられ、冷却媒体が流れる冷却水路と、冷却水路の下面を封止する取付け基板と、取付け基板の下面に取付けられたＤＣ−ＤＣコンバータとを含む。

この公報に開示されたＰＣＵによれば、冷却水路の上方にパワーモジュールを、下方にＤＣ−ＤＣコンバータを設けているので、冷却媒体によりパワーモジュールおよびＤＣ−ＤＣコンバータを冷却することができる。

特開２０００−６０１４９号公報（特許文献２）は、トランジスタモジュールと制御基板とを冷却することができるＰＣＵを開示する。特許文献２に記載のＰＣＵは、内部に冷却媒体が流通する流路が形成されたヒートシンクプレートと、ヒートシンクプレートの上面に設けられたトランジスタモジュールと、ヒートシンクプレートの下面に設けられた制御基板と、ヒートシンクプレートと共にトランジスタモジュールを収容するインバータ収容室を形成するインバータケースと、ヒートシンクプレートと共に制御基板を収容する制御基板収容室を形成する制御基板ケースとを含む。

この公報に開示されたＰＣＵによれば、ヒートシンク内を流れる冷却媒体により、トランジスタモジュールと制御基板とを冷却することができる。
特開２００３−１０１２７７号公報 特開２０００−６０１４９号公報

上記の公報に記載のＰＣＵのように、電気機器が収容されたケースの下方に冷却媒体が流通する冷却通路を形成し、この冷却通路の下方にも、電気機器を設けた場合、単一の冷却通路により複数の電気機器を冷却することができるが、冷却通路の下方に設けられた電気機器を塵や埃などから保護するケースを、別途設ける必要がある。このケースを固定するため、ボルトやナットなどの部品点数が増加してしまうという問題点があった。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、部品点数の増加を抑えた簡易な構成で複数の電気機器を収容できる、電気機器を収容する筐体の構造を提供することである。

第１の発明に係る電気機器を収容する筐体の構造は、第１の電気機器と第２の電気機器とを収容する筐体の構造である。電気機器はそれぞれ発熱素子を含む。この筐体の構造は、第１の電気機器が収容された箱状の第１のケースと、第１のケースに重ねて設けられるとともに、第２の電気機器が収容された箱状の第２のケースと、第１のケースの外面で構成される、第１のケースと第２のケースとの間に設けられた凹部と、第１のケースと第２のケースとの間に位置し、凹部を封止する封止部材と、凹部と封止部材とにより囲まれた空間により形成され、各電気機器を冷却する冷却媒体が流通する冷却通路と、第１のケース、第２のケースおよび封止部材を共締めにより固定するための固定手段とを含む。

第１の発明によれば、第１の電気機器が収容された箱状の第１のケースと第２の電気機器が収容された箱状の第２のケースとが、重ねて設けられている。第１のケースと第２のケースとの間には、第１のケースの外面で構成される凹部が設けられている。この凹部を封止する封止部材が、第１のケースと第２のケースとの間に設けられている。凹部と封止部材とにより囲まれた空間が、各電気機器を冷却する冷却媒体が流通する冷却通路となる。第１のケース、第２のケースおよび封止部材は、固定手段により共締めされ、固定される。これにより、第１のケース、第２のケースおよび封止部材の３つの部材が同時に固定される。そのため、第１のケースと封止部材を固定し、その固定箇所とは別の箇所で、第２のケースと封止部材とを固定する必要がなく、固定箇所の増加を抑制することができる。その結果、たとえばボルトやナットなどの固定手段の部品点数の増加を抑えた簡易な構成で複数の電気機器を収容できる、電気機器を収容する筐体の構造を提供することができる。

第２の発明に係る電気機器を収容する筐体の構造は、第１の発明の構成に加え、冷却通路内に突出して設けられた複数の冷却フィンを含む。

第２の発明によれば、冷却通路内に突出して設けられた複数の冷却フィンにより、電気機器を収容する筐体と冷却媒体と接触する総面積が増える。その結果、第１の発明の効果に加え、発熱素子が発生した熱が、冷却媒体に伝達する効率が向上し、冷却性能が向上する。

第３の発明に係る電気機器を収容する筐体の構造においては、第１または２の発明の構成に加え、第１のケースおよび封止部材は、第２のケースよりも強度が強い。封止部材は、第２の電気機器と、筐体外の機器とを、電気的に接続するためのコネクタを取付けるための手段を含む。

第３の発明によれば、第１のケースおよび封止部材は、第２のケースよりも強度が強く、封止部材には、第２の電気機器と、筐体外の機器とを、電気的に接続するためのコネクタが取付けられる。これにより、筐体の剛性は第１のケースと封止部材とで確保して、コネクタを筐体に取付けることができる。第２のケースにはコネクタが取付けられないので、第２のケースの強度を低くすることができる。その結果、筐体の剛性を確保しつつ、たとえば薄い鉄板をプレスした強度の低いものを使用して、第２のケースを安価に製造することができる。

第４の発明に係る電気機器を収容する筐体の構造においては、第１または２の発明の構成に加え、封止部材は平板である。第１のケースは、第２の電気機器と、筐体外の機器とを、電気的に接続するためのコネクタを取付けるための手段を含む。

第４の発明によれば、封止部材は平板であり、第１のケースには、第２の電気機器と、筐体外の機器とを、電気的に接続するためのコネクタが取付けられる。これにより、封止部材が平板であるため、たとえばプレス成型や金型などの製造コストを抑制しつつ、コネクタを筐体に取付けることができる。

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一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

＜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電気機器を収容する筐体の構造を有するＰＣＵについて説明する。このＰＣＵは、ハイブリッド自動車、燃料電池車および電気自動車などに搭載される。ＰＣＵは、駆動用バッテリやキャパシタなどから放電された電力を、所望の状態に調整し、モータジェネレータなどに供給する。また、ＰＣＵは、モータジェネレータなどが発生した電力を、所望の状態に調整し、駆動用バッテリやキャパシタなどに蓄えさせる。ＰＣＵの作動については、周知の技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。

ＰＣＵは、上側ケース１００と、下側ケース２００と、下側カバー３００と、インバータ４００と、コンバータ５００と、コネクタ６００と、バスバー７００と、ボルト８００とを含む。

上側ケース１００は、アルミダイカストを用いて形成される。この上側ケース１００は、金型を６方向から抜いて、上部に開口を有するように箱型形状に形成される。そのため、上側ケース１００は、下側ケース２００および下側カバー３００と比較して高い強度を有する。上側ケース１００の開口は、蓋（図示せず）により封止される。

上側ケース１００は、底面１０１と、凹部１０２と、複数の冷却フィン１０３と、ワイヤーハーネス取入部１０４と、上側フランジ１０６とを含む。底面１０１の上面には、インバータ４００が載置される。底面１０１の裏面（下面）側に、凹部１０２が設けられている。凹部１０２は、インバータ４００とは反対側（図１における下方側）に向かって開口している。後述するように、この凹部１０２に冷却水が流通する。冷却フィン１０３は、開口に向かって、すなわちインバータ４００とは反対側（図１における下方側）に向かって突出するように、凹部１０２内に複数並んで設けられている。

ワイヤーハーネス取入部１０４は、コンバータ５００により昇圧された高圧の電力をモータジェネレータ（図示せず）に伝達するケーブルや、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）が生成した信号をインバータ４００およびコンバータ５００に伝達する信号線１０５を、ＰＣＵ内に取入れる開口（図示せず）を有する。

上側フランジ１０６は、上側ケース１００の下部の縁に沿って、上側ケース１００を取囲むように設けられている。上側フランジ１０６には、ボルト８００が挿通される複数のボルト挿通孔が設けられている。

下側ケース２００は、駆動用バッテリ、補機バッテリ、キャパシタおよびモータジェネレータなど、ＰＣＵ外に搭載された機器に接続されたケーブルの先端が固定されるコネクタ６００を取付ける取付け部２０２を含む。取付け部２０２は、下方に（上側ケース１００とは反対側に）突出するように形成される。この取付け部には、下側ケース２００とコネクタ６００との間を密封するグロメットなどのシール部材が取付けられる。

下側ケース２００には、アルミダイカストが用いられる。下側ケース２００は、金型を２方向（上下方向）から抜いて、取付け部２０２以外の部分が平板形状となるように形成される。そのため、下側ケース２００は、上側ケース１００と比較して強度が劣るが、下側カバー３００と比較して高い強度を有する。

下側ケース２００は、上側ケース１００の凹部１０２の開口を封止する。上側ケース１００と下側ケース２００との間は、現場成形ガスケット（FIPG: Formed In Place Gasket）などのシール部材９００により密閉される。凹部１０２と下側ケース２００とにより形成される空間は、インバータ４００およびコンバータ５００を冷却する冷却媒体が流通する冷却通路となる。なお、冷却媒体は、上側ケース１００に設けられた流入口（図示せず）から流入し、冷却通路（凹部１０２と下側ケース２００とにより形成される空間）を通って、上側ケース１００に設けられた流出口（図示せず）から流出する。

下側ケース２００の下面（凹部１０２を挟んでインバータ４００と対応する位置）には、コンバータ５００が固定される。したがって、冷却通路（冷却器）を挟むように、インバータ４００とコンバータ５００とが配置される。このため、冷却通路の両面で、インバータ４００およびコンバータ５００が冷却される。なお、冷却フィン１０３が設けられた上側ケース１００に収容されているインバータ４００は、コンバータ５００に比べて発熱量が多い。

下側ケース２００の外周部２０４には、ボルト８００が挿通される複数のボルト挿通孔が設けられている。これらのボルト挿通孔は、上側ケース１００に設けられたボルト挿通孔と対応した位置に設けられる。

下側カバー３００は、コンバータ５００を覆うように、下側ケース２００の下方に取り付けられる。下側ケース２００と下側カバー３００との間は、現場成形ガスケット（FIPG）などのシール部材９０２により密閉される。

下側カバー３００には、鉄などの薄板が用いられる。下側カバー３００は、金型を２方向（上下方向）から抜いて、上方に開口を有するように箱型形状に形成される。下側カバー３００には、鉄などの薄板が用いられているため、下側カバー３００の強度は、上側ケース１００および下側ケース２００の強度よりも低い。なお、耐熱性などの要件を満たしていれば、下側カバー３００を、プラスチックなどの樹脂により形成してもよい。

下側カバー３００は、下側フランジ３０２を含む。下側フランジ３０２は、下側カバー３００の上部の縁に沿って、下側カバー３００を取囲むように設けられている。下側フランジ３０２には、ボルト８００が挿通される複数のボルト挿通孔が設けられている。これらのボルト挿通孔は、上側ケース１００および下側ケース２００に設けられたボルト挿通孔と対応した位置に設けられる。

インバータ４００は、統合インバータ（統合パワーモジュール）４０２と、リア用インバータ（リア用パワーモジュール）４０４とを含む。統合インバータ４０２およびリア用インバータ４０４は、複数の半導体素子を含む。この半導体素子に電力が流れると、半導体素子は発熱する。

統合インバータ４０２は、エンジン（図示せず）に連結され、主に発電を行なうモータジェネレータ（１）（図示せず）と、前輪に連結され、電力による駆動および回生エネルギによる発電を行なうモータジェネレータ（２）（図示せず）とに接続されている。統合インバータ４０２は、モータジェネレータ（１）およびモータジェネレータ（２）から供給された交流電流を直流電流に変換し、駆動用バッテリに供給する。また、駆動用バッテリから供給された直流電流を、交流電流に変換し、モータジェネレータ（２）に供給する。

リア用インバータ４０４は、後輪に連結され、電力により駆動する後輪駆動モータ（図示せず）に接続されている。リア用インバータ４０４は、駆動用バッテリから供給された直流電流を交流電流に変換し、後輪駆動モータに供給する。

コンバータ５００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０２と、昇圧用コンバータ（昇圧用モジュール）５０４とを含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０２および昇圧用コンバータ５０４は、半導体素子を含む。この半導体素子に電力が流れると、半導体素子は発熱する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５０２は、バスバー７００を介してコネクタ６００に接続されている。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ５０２は、車両に搭載された補機バッテリ（たとえば１２Ｖ系バッテリ）に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５０２は、駆動用バッテリ（たとえば３００Ｖ程度）から供給された電力の電圧値を降圧し、補機バッテリに供給する。

昇圧用コンバータ５０４は、コンデンサ（図示せず）およびバスバー７００とは異なるバスバー（図示せず）を介してコネクタ６００に接続されている。これにより、昇圧用コンバータ５０４は、駆動用バッテリと接続される。昇圧用コンバータ５０４は、駆動用バッテリから供給された電力の電圧を、たとえば３００Ｖ程度から５００Ｖ程度まで昇圧し、モータジェネレータ（２）に供給する。

バスバー７００は、下側カバー３００から、上側ケース１００および下側ケース２００に設けられた開口を通って上方に伸び、シール部材９０２を跨いで、上側ケース１００および下側ケース２００に設けられた開口を通って下方に伸び、下側ケース２００の取付け部２０２の内側からコネクタ６００に接続される。

以上の構成に基づく、本実施の形態に係るＰＣＵにおける構造上の特徴により発現する作用について説明する。

上側ケース１００、下側ケース２００および下側カバー３００を固定するには、まず、上側フランジ１０６と下側フランジ３０２とで、下側ケース２００の外周部２０４を挟持する。この状態で、図２に示すように、下側カバー３００の下方から、それぞれのボルト挿通孔に、ボルト８００を挿通し、各ボルト８００の他端にナットを螺着して、上側ケース１００、下側ケース２００および下側カバー３００を固定する。これにより、上側フランジ１０６、下側ケース２００の外周部２０４および下側フランジ３０２を、ボルト８００により共締めして、上側ケース１００、下側ケース２００および下側カバー３００を固定する。

インバータ４００およびコンバータ５００で発生した熱は、冷却通路（凹部１０２と下側ケース２００とにより形成される空間）を流通する冷却水に伝達される。このとき、冷却水は、複数の冷却フィン１０３と接触する。この冷却フィン１０３により、冷却水と上側ケース１００とが接触する面積が大きくなり、熱の伝達効率、すなわち冷却性が向上する。また、共締め可能な部品に、冷却のための構造部を予め一体的に作りこむことで、冷却に必要な部品点数を少なくしながら効率的な冷却が可能となる。

上側ケース１００および下側ケース２００の強度は、下側カバー３００の強度よりも高い。これにより、ＰＣＵの強度は、上側ケース１００および下側ケース２００により確保される。コンバータ５００と、ＰＣＵ外の機器とを接続するコネクタ６００は、下側ケース２００に取付けられる。そのため、下側カバー３００には、コネクタ６００や、コネクタ６００と下側カバー３００との間を密封するシール部材（たとえばグロメットなど）を取付けるための強度を必要としない。その結果、下側カバー３００を鉄などの薄板をプレスして安価に製造しつつ、ＰＣＵの強度を確保することができる。

以上のように、本実施の形態に係るＰＣＵは、上側フランジ、下側ケースの外周部および下側フランジを、ボルトにより共締めして、上側ケース、下側ケースおよび下側カバーを固定する。これにより、上側ケース、下側ケースおよび下側カバーを同時に固定できる。これにより、部品点数および作業工程の増加を抑制することができる。

＜第２の実施の形態＞
図３を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る電気機器を収容する筐体の構造を有するＰＣＵについて説明する。前述の第１の実施の形態においては、コネクタ６００が下側ケース２００に設けられていたが、本実施の形態においては、コネクタ６００が上側ケース１００に設けられている。したがって、下側ケース２００は、コネクタ取付け部を含まない。

なお、その他のハードウエア構成については前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

上側ケース１００は、コネクタ６００が取付けられる取付け部１１０を含む。バスバー７０２は、下側カバー３００から、上側ケース１００および下側ケース２００に設けられた開口を通って上方に伸び、上側ケース１００の内側からコネクタ６００に接続される。下側ケース２００は平板形状である。

以上の構成に基づく、本実施の形態に係るＰＣＵの作用について説明する。

上側ケース１００にコネクタ６００が取付けられるため、下側ケース２００に、コネクタ６００が取付けられる取付け部を形成する必要がない。そのため、下側ケース２００を平板形状に形成することができる。その結果、下側ケース２００を簡易な構成とすることにより、製造工程を簡略化することができる。

以上のように、本実施の形態に係るＰＣＵにおいては、下側ケースが平板形状である。このため、下側ケースの製造工程を簡略化し、製造コストを抑制することができる。

＜第３の実施の形態＞
図４を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。前述の第１の実施の形態においては、上側ケースに冷却フィンが設けられていたが、本実施の形態においては、冷却フィンは、下側ケースに設けられている。その他のハードウエア構成については前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図４に示すように、下側ケース２００の上面には、上方に突出するように設けられた冷却フィン２０６が設けられている。このように構成しても、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、冷却フィンを、上側ケースと下側ケースの両方に設けてもよい。

＜第４の実施の形態＞
図５を参照して、本発明の第４の実施の形態について説明する。前述の第１の実施の形態においては、冷却フィンは均等に設けられていたが、本実施の形態においては、統合インバータの下方と、リア用インバータの下方とで、冷却フィンの数（密度）が異なる。その他のハードウエア構成については前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図５に示すように、統合インバータ４０２の下方に設けられている冷却フィン１０３の数は、リア用インバータ４０４の下方に設けられている冷却フィン１０３の数より多い（密度が大きい）。このとき、統合インバータ４０２の発熱量は、リア用インバータ４０４よりも多い。

このように構成すると、前述の第１の実施の形態における効果に加え、インバータの発熱量に応じた冷却強度で、各インバータを冷却することができ、冷却不足や、過冷却を抑制することができる。

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。

第１の実施の形態に係るＰＣＵを示す断面図である。 下側カバーを下方から見た平面図である。 第２の実施の形態に係るＰＣＵを示す断面図である。 第３の実施の形態に係るＰＣＵを示す断面図である。 第４の実施の形態に係るＰＣＵを示す断面図である。

符号の説明

１００ 上側ケース、１０１ 底面、１０２ 凹部、１０３，２０６ 冷却フィン、１０４ ワイヤーハーネス取入部、１０６ 上側フランジ、１１０ 取付け部、２００ 下側ケース、２０２ 取付け部、２０４ 外周部、３００ 下側カバー、３０２ 下側フランジ、４００ インバータ、４０２ 統合インバータ、４０４ リア用インバータ、５００ コンバータ、５０２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５０４ 昇圧用コンバータ、６００ コネクタ、７００ バスバー、７０２ バスバー、８００ ボルト。

Claims (4)

1. 第１の電気機器と第２の電気機器とを収容する筐体の構造であって、前記電気機器はそれぞれ発熱素子を含み、
   前記第１の電気機器が収容された箱状の第１のケースと、
   前記第１のケースに重ねて設けられるとともに、前記第２の電気機器が収容された箱状の第２のケースと、
   前記第１のケースの外面で構成される、前記第１のケースと前記第２のケースとの間に設けられた凹部と、
   前記第１のケースと前記第２のケースとの間に位置し、前記凹部を封止する封止部材と、
   前記凹部と前記封止部材とにより囲まれた空間により形成され、各前記電気機器を冷却する冷却媒体が流通する冷却通路と、
   前記第１のケース、前記第２のケースおよび前記封止部材とを共締めにより固定するための固定手段とを含む、電気機器を収容する筐体の構造。
2. 前記電気機器を収容する筐体の構造は、前記冷却通路内に突出して設けられた複数の冷却フィンを含む、請求項１に記載の電気機器を収容する筐体の構造。
3. 前記第１のケースおよび前記封止部材は、前記第２のケースよりも強度が強く、
   前記封止部材は、前記第２の電気機器と、前記筐体外の機器とを、電気的に接続するためのコネクタを取付けるための手段を含む、請求項１または２に記載の電気機器を収容する筐体の構造。
4. 前記封止部材は平板であり、
   前記第１のケースは、前記第２の電気機器と、前記筐体外の機器とを、電気的に接続するためのコネクタを取付けるための手段を含む、請求項１または２に記載の電気機器を収容する筐体の構造。

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