JP4650453B2 - 高電圧機器モジュール - Google Patents

Description

本発明は、高電圧回路の一部に組み込まれた電磁継電器を筐体に取付けてなる高電圧機器モジュールに関する。

例えばハイブリッド自動車等には、直流の高電圧電源としてのバッテリと、該バッテリの直流電力を交流電力に変換してモーターを駆動制御するための電力変換装置が搭載されている。そして、バッテリと電力変換装置とは、電磁継電器等を有する高電圧機器モジュールを介して接続されている。これにより、例えば電力変換装置における異常発生時に、バッテリと電力変換装置との間を電気的に遮断して、過電流が高電圧回路に流れ続けることを防いだり、起動時においてバッテリから電力変換装置へ大電流が突入することを防いだりしている。

かかる高電圧機器モジュール９は、例えば図７に示すごとく、電磁継電器９２と、高電圧回路の一部を構成する高電圧バスバー９３と、電磁継電器９２を駆動するための低電圧電流が流れる低電圧バスバー９４とを、筐体９５に搭載してなる。
そして、電磁継電器９２の各端子９２１は、高電圧バスバー９３及び低電圧バスバー９４にそれぞれ設けた接続用コネクタ９３１、９４１に挿嵌される（特許文献１参照）。これにより、電磁継電器９２は、高電圧バスバー９３及び低電圧バスバー９４に対して着脱可能になっている。
なお、高電圧機器モジュール９には、レジスタ９６等の電子部品も配されており、その端子９６１も、高電圧バスバー９３の接続用コネクタ９３１に挿嵌される。

更に、従来の高電圧機器モジュール９においては、高電圧バスバー９３及び低電圧バスバー９４は、いずれも、筐体９５における電磁継電器９２の本体９２０が配される側と反対側の面に集中して配設されている（特許文献２参照）。高電圧バスバー９３及び低電圧バスバー９４との接続を上記接続用コネクタ９３１、９４１によって行うためには、このような構成にすることが効率的だからである。
なお、図７は、高電圧バスバー９３及び低電圧バスバー９４を筐体９５に組付ける前の状態を示しており、同図の矢印Ｃ方向に向かって高電圧バスバー９３及び低電圧バスバー９４を筐体９５に組付け、接続用コネクタ９３１、９４１を電磁継電器９２やレジスタ９６の端子９２１、９６１と嵌合させることにより、高電圧機器モジュール９を得る。

しかしながら、筐体９５における同じ面側に高電圧バスバー９３と低電圧バスバー９４とを集中して配設する場合、これらの絶縁を確保して配線しようとすると、どうしても筐体９５の大型化が余儀なくされる。また、高電圧バスバー９３と低電圧バスバー９４とを交差しないように配線しようとすると、高電圧バスバー９３や低電圧バスバー９４の入力端子や出力端子の配置が制限される。
このように、筐体９５における同じ面側に高電圧バスバー９３と低電圧バスバー９４とが集中して配設されると、設計自由度が大きく制限されると共に、高電圧機器モジュール９の小型化が困難となる。

また、上記のごとく、電磁継電器９２の端子９２１と高電圧バスバー９３或いは低電圧バスバー９４との接続を、接続用コネクタ９３１、９４１によって行うと、これらの接続部には接触抵抗が生じてしまうため、特に高電圧バスバー９３との接続部においては、発熱が大きくなるという問題がある。

特開２００６−４０７０４号公報 特開２００１−２８８２２号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、配線自由度が大きく、小型化が容易であり、かつ発熱の少ない高電圧機器モジュールを提供しようとするものである。

第１の発明は、高電圧回路の一部に組み込まれた電磁継電器と、上記高電圧回路の一部を構成する高電圧バスバーと、上記電磁継電器を駆動するための低電圧電流が流れる低電圧バスバーと、これらを搭載する電気絶縁性の筐体とを有する高電圧機器モジュールであって、
上記高電圧バスバーと上記低電圧バスバーとは、上記筐体における互いに反対側の面に分けて配線されており、
上記電磁継電器の各端子は、上記高電圧バスバー及び上記低電圧バスバーの接続端子部に対して、それぞれ溶接されており、
上記筐体は、上記高電圧バスバー側の面と上記低電圧バスバー側の面との間に貫通する貫通孔を形成してなり、
上記電磁継電器の本体は、上記筐体における上記低電圧バスバーが配線された側の面に配されており、
上記電磁継電器の上記端子及び上記低電圧バスバーの上記接続端子部のみが、上記筐体の上記貫通孔に挿通されて、上記筐体における上記電磁継電器の本体と反対側の面に突出し、
上記高電圧バスバー及び上記低電圧バスバーの上記接続端子部は、上記筐体における上記電磁継電器の本体が配される側と反対の面において、上記電磁継電器の上記端子と溶接されていることを特徴とする高電圧機器モジュールにある（請求項１）。
第２の発明は、高電圧回路の一部に組み込まれた電磁継電器と、上記高電圧回路の一部を構成する高電圧バスバーと、上記電磁継電器を駆動するための低電圧電流が流れる低電圧バスバーと、これらを搭載する電気絶縁性の筐体とを有する高電圧機器モジュールであって、
上記高電圧バスバーと上記低電圧バスバーとは、上記筐体における互いに反対側の面に分けて配線されており、
上記電磁継電器の各端子は、上記高電圧バスバー及び上記低電圧バスバーの接続端子部に対して、それぞれ溶接されており、
上記筐体は、上記高電圧バスバー側の面と上記低電圧バスバー側の面との間に貫通する貫通孔を形成してなり、
上記電磁継電器の本体は、上記筐体における上記高電圧バスバーが配線された側の面に配されており、
上記電磁継電器の上記端子及び上記高電圧バスバーの上記接続端子部のみが、上記筐体の上記貫通孔に挿通されて、上記筐体における上記電磁継電器の本体と反対側の面に突出し、
上記高電圧バスバー及び上記低電圧バスバーの上記接続端子部は、上記筐体における上記電磁継電器の本体が配される側と反対の面において、上記電磁継電器の上記端子と溶接されていることを特徴とする高電圧機器モジュールにある（請求項２）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記高電圧機器モジュールにおいては、上記高電圧バスバーと上記低電圧バスバーとが、上記筐体における互いに反対側の面に分けて配線されている。そのため、高電圧バスバーと低電圧バスバーとの間の互いの絶縁は筐体自体によって確保することができる。それ故、高電圧バスバーと低電圧バスバーとの線間距離等を考慮する必要が特になく、高電圧バスバーと低電圧バスバーとを筐体における同じ面に配線する場合に比べて、大幅な筐体の小型化が可能となる。また、高電圧バスバー及び低電圧バスバーの配線自由度が大きくなるため、高電圧バスバー及び低電圧バスバーの入力端子や出力端子の配置の自由度が高くなる。

また、上記電磁継電器の各端子は、上記高電圧バスバー及び上記低電圧バスバーに対して、それぞれ溶接されている。そのため、電磁継電器の各端子と、高電圧バスバー及び低電圧バスバーとの接合部において、接触抵抗が生じることがなく、接合部の発熱を抑制することができる。

以上のごとく、本発明によれば、配線自由度が大きく、小型化が容易であり、かつ発熱の少ない高電圧機器モジュールを提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記高電圧機器モジュールは、上記電磁継電器を１個有するものであってもよいし、複数個有するものであってもよい。
また、上記高電圧機器モジュールは、上記電磁継電器と共に他の電子部品を搭載することもできる。この場合、上記他の電子部品の端子も、高電圧バスバー或いは低電圧バスバーに対して溶接されていることが好ましい。

また、上記高電圧バスバー及び上記低電圧バスバーの接続端子部は、上記筐体における上記電磁継電器の本体が配される側と反対の面において、上記電磁継電器の端子と溶接されている。
これにより、高電圧バスバー及び低電圧バスバーの接続端子部と、電磁継電器の端子との溶接を、容易に行うことができる。即ち、筐体における共通の面に高電圧バスバー及び低電圧バスバーの接続端子部が配置されるため、溶接を同じ方向から行うことができ、作業性が向上する。また、これらの接続端子部が電磁継電器の本体の配されていない側の筐体の面に配されているため、電磁継電器の本体が溶接作業の邪魔になることもない。

また、上記高電圧バスバー及び上記低電圧バスバーの接続端子部と、上記電磁継電器の端子とは、レーザー溶接によって接続されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、溶接時における発熱を小さくすることができるため、電磁継電器への熱負荷を抑制することができる。

本発明の実施例にかかる高電圧機器モジュールにつき、図１〜図６を用いて説明する。
本例の高電圧機器モジュール１は、高電圧回路１０の一部に組み込まれた電磁継電器２と、高電圧回路１０の一部を構成する高電圧バスバー３と、電磁継電器２を駆動するための低電圧電流が流れる低電圧バスバー４と、これらを搭載する電気絶縁性の筐体５とを有する。なお、図１においては、電磁継電器２等の電子部品の端子の記載は省略してある。

図１〜図４に示すごとく、高電圧バスバー３と低電圧バスバー４とは、筐体５における互いに反対側の面に分けて配線されている。本例においては、筐体５における電磁継電器２の本体２０が配される面に低電圧バスバー４を配設し、その反対側の面に高電圧バスバー３を配設する。ここでは、電磁継電器２の本体２０が配される面を表側面５１といい、その反対側の面を裏側面５２ということとする。なお、図２に、筐体５の表側面５１における低電圧バスバー４の配線を示し、図３に、筐体５の裏側面５２における高電圧バスバー３の配線を示す。
また、筐体５は樹脂成形体からなり、図４に示すごとく、適宜、電磁継電器２の端子２１等を挿通するための貫通孔５３を形成してなる。

また、図４、図５に示すごとく、電磁継電器２の各端子２１は、高電圧バスバー３及び低電圧バスバー４に対して、それぞれ溶接されている。
また、高電圧バスバー３及び低電圧バスバー４の接続端子部３１、４１は、筐体５における電磁継電器２の本体２０が配される側と反対の面（裏側面５２）において、電磁継電器２の端子２１と溶接されている。この溶接は、レーザー溶接による。

また、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すごとく、高電圧バスバー３及び低電圧バスバー４の接続端子部３１、４１と、電磁継電器２の端子２１とは、互いの先端面を同一方向に向けて接合した拝み合わせ状態となっており、両者の先端面において溶接されている。図５（Ａ）、（Ｂ）において、符号１９は溶接部を表す。

本例の高電圧機器モジュール１は、図６に示すごとく、高電圧直流電源としてのバッテリ６と、該バッテリ６の直流電力を交流電力に変換するインバータ７との間に、電気的に接続されている。インバータ７は、生成した交流電力を、図示しない回転電機に供給して回転電機を駆動制御する。なお、バッテリ６の供給電圧は、例えば１００Ｖ以上の高電圧である。

そして、高電圧機器モジュール１は、バッテリ６の正極側と負極側とにそれぞれ接続された第１の電磁継電器２０１と第２の電磁継電器２０２とを有する。第１の電磁継電器２０１は、インバータ７の正極側電力線７１に接続され、第２の電磁継電器２０２は、インバータ７の負極側電力線７２に接続されている。

また、高電圧機器モジュール１は、第１の電磁継電器２０１に対して並列に接続したプリチャージ用の第３の電磁継電器２０３を有する。この第３の電磁継電器２０３は、レジスタ１１と直列に接続されており、第３の電磁継電器２０３とレジスタ１１との直列回路が、第１の電磁継電器２０１と並列に接続されている。
また、第２の電磁継電器２０２は、直列接続された電流センサ１２を介してバッテリ６の負極に接続されている。

第１〜第３の電磁継電器２０１〜２０３は、制御部（ＥＣＵ：電子制御装置）１０１からの駆動信号によって作動する。
また、インバータ７は、正極側電力線７１と負極側電力線７２との間にコンデンサ７３を接続している。

図１に示すごとく、高電圧機器モジュール１は、第１〜第３の電磁継電器２０１〜２０３、レジスタ１１、電流センサ１２を、筐体５に搭載している。第１〜第３の電磁継電器２０１〜２０３、レジスタ１１、電流センサ１２は、いずれもその本体２０、１１０、１２０を筐体５の表側面５１側に配置させている。
そして、図３、図４に示すごとく、電磁継電器２の高電圧側の端子２１１、レジスタ１１の端子１１１、及び電流センサ１２の端子１２１は、いずれも高電圧バスバー３の接続端子部３１にそれぞれ溶接されている。
また、図２、図４に示すごとく、電磁継電器２の低電圧側の端子２１２は、低電圧バスバー４の接続端子部４１にそれぞれ溶接されている。

また、図３に示すごとく、高電圧バスバー３は、高電圧用の一対の入力端子３３１と一対の出力端子３３２とに接続されている。一対の入力端子３３１にはバッテリ６が接続され、一対の出力端子３３２にはインバータ７が接続されている。
また、図２に示すごとく、低電圧バスバー４は、制御部１０１との接続部であるコネクタ４３に接続されている。

電磁継電器２は、制御部１０１から低電圧バスバー４を介して低電圧側の一対の端子２１２に供給される信号電流によって、電磁力を作用させることにより接点部を駆動して、導通、遮断を切り替えることができるよう構成されている。これにより、バッテリ６から、電磁継電器２の高電圧側の一対の端子２１１を経由してインバータ７側へ流れる高電圧電流を、流したり、遮断したりすることができる。なお、上記信号電流は、例えば１６Ｖ以下の低電圧電流である。

本例の高電圧機器モジュール１は、図６に示すごとく、例えばハイブリッド自動車における駆動用の高電圧回路１０に組み込まれて使用される。そして、自動車の起動時における信号を受けて、制御部１０１からの駆動信号によって、電磁継電器２を駆動させて、適宜オン、オフを切り替えることにより、インバータ７のコンデンサのプリチャージを行ったり、インバータ７の故障など、高電圧回路１０に異常が発生した場合の電力供給の遮断等を行ったりして、高電圧回路１０の安全性を確保している。

例えば、プリチャージの際には、高電圧機器モジュール１は、以下のように作動する。
まず、自動車の起動時における信号を受けて、制御部１０１からの駆動信号によって、第２の電磁継電器２０２と第３の電磁継電器２０３をオンの状態とする。これにより、バッテリ６の高電圧電流は、第３の電磁継電器２０３とレジスタ１１とを経由してインバータ７のコンデンサ７３に流れ、コンデンサ７３が充電される。このとき、高電圧電流は、レジスタ１１を介してコンデンサ７３に流れるため、電流の突入時に大電流が流れることを防ぐことができる。
このように、大電流の突入を防ぎつつ、徐々にコンデンサ７３を充電していく。

次いで、コンデンサ７３の充電が略完了したとき、プリチャージ用の第３の電磁継電器２０３をオフする。なお、第２の電磁継電器２０２は接続状態を維持している。
その後、第１の電磁継電器２０１をオンして、バッテリ６とインバータ７との間の配電のために、常時導通状態を維持する。

また、例えば、インバータ７におけるスイッチング素子等が故障することにより、インバータ７に異常が生じた場合には、第１の電磁継電器２０１と第２の電磁継電器２０２とをオフして、バッテリー６とインバータ７とを電気的に遮断する。これにより、高電圧回路１０に高電圧電流が流れ続けることを防ぐことができる。

次に、図１〜図４に示すごとく、本例の高電圧機器モジュール１の組立て方法の一例を以下に説明する。
まず、筐体５に対して、表側面５１から低電圧バスバー４を組付ける。このとき、図４に示すごとく、低電圧バスバー４の接続端子部４１を、筐体５に形成した貫通孔５３に挿通する。
次いで、筐体５の表側面５１の所定の位置に、電磁継電器２、レジスタ１１、電流センサ１２をそれぞれ取付ける。このとき、電磁継電器２、レジスタ１１、電流センサ１２の各端子２１、１１１、１２１を、筐体５の貫通孔５３に挿通する。
次いで、筐体５の裏側面５２に、高電圧バスバー３を組付ける。

次いで、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すごとく、高電圧バスバー３の接続端子部３１と電磁継電器２の端子２１等とを互いにレーザー溶接する。即ち、高電圧バスバー３の接続端子部３１と電磁継電器２の端子２１等とを、互いの先端面を同一方向に向けて拝み合わせの状態で重ね合わせる。そして、接続端子部３１及び端子２１等の先端面に対してレーザー光Ｌを照射して溶接部１９を形成する。
また、低電圧バスバー４の接続端子部４１と電磁継電器２の端子２１等とも、同様の方法にて互いにレーザー溶接する。
次いで、筐体５の裏側面５２において、高電圧バスバー３等を覆うように、樹脂カバーを組付ける（図示略）。
以上により、高電圧機器モジュール１を得る。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記高電圧機器モジュール１においては、高電圧バスバー３と低電圧バスバー４とが、筐体５における互いに反対側の面に分けて配線されている。そのため、高電圧バスバー３と低電圧バスバー４との間の互いの絶縁は筐体５自体によって確保することができる。それ故、高電圧バスバー３と低電圧バスバー４との線間距離等を考慮する必要が特になく、高電圧バスバー３と低電圧バスバー４とを筐体５における同じ面に配線する場合に比べて、大幅な筐体５の小型化が可能となる。また、高電圧バスバー３及び低電圧バスバー４の配線自由度が大きくなるため、高電圧バスバー３及び低電圧バスバー４の入力端子３３１、４３や出力端子３３２の配置の自由度が高くなる。

また、電磁継電器２の各端子２１は、高電圧バスバー３及び低電圧バスバー４に対して、それぞれ溶接されている。そのため、電磁継電器２の各端子２１と、高電圧バスバー３及び低電圧バスバー４との接合部において、接触抵抗が生じることがなく、接合部の発熱を抑制することができる。

また、高電圧バスバー３及び低電圧バスバー４の接続端子部３１、４１は、筐体５における電磁継電器２の本体２０が配される側と反対の面（裏側面５２）において、電磁継電器２の端子２１と溶接されている。それ故、高電圧バスバー３及び低電圧バスバー４の接続端子部３１、４１と、電磁継電器２の端子２１との溶接を、容易に行うことができる。即ち、筐体５における共通の面に高電圧バスバー３及び低電圧バスバー４の接続端子部３１、４１が配置されるため、溶接を同じ方向から行うことができ、作業性が向上する。また、これらの接続端子部３１、４１が電磁継電器２の本体２０の配されていない側の筐体５の面に配されているため、電磁継電器２の本体２０が溶接作業の邪魔になることもない。

また、高電圧バスバー３及び低電圧バスバー４の接続端子部３１、４１と、電磁継電器２の端子２１とは、レーザー溶接によって接続されている。それ故、溶接時における発熱を小さくすることができるため、電磁継電器２への熱負荷を抑制することができる。

以上のごとく、本例によれば、配線自由度が大きく、小型化が容易であり、かつ発熱の少ない高電圧機器モジュールを提供することができる。

なお、上記実施例においては、筐体５における、電磁継電器２の本体２０を配した側の面である表側面５１に低電圧バスバー４を配設し、その反対側である裏側面５２に高電圧バスバー３を配設した例を示したが、本発明は、高電圧バスバー３と低電圧バスバー４とを筐体５の表裏に分けて配設すればよく、表側面５１に高電圧バスバー３を設け、裏側面５２に低電圧バスバー４を設けることもできる。

実施例における、高電圧機器モジュールの断面説明図。 実施例における、筐体の表側面側から見た、高電圧機器モジュールの平面説明図。 実施例における、筐体の裏側面側から見た、高電圧機器モジュールの平面説明図。 実施例における、端子の接続状態を示す、高電圧機器モジュールの断面説明図。 実施例における、電磁継電器の端子と高電圧バスバー（又は低電圧バスバー）の接続端子部との溶接状態を示す（Ａ）斜視図、（Ｂ）断面図。 実施例における、高電圧機器モジュールを組み込んだ高電圧回路の説明図。 従来例における、端子の接続状態を示す、高電圧機器モジュールの断面説明図。

符号の説明

１ 高電圧機器モジュール
１０ 高電圧回路
２ 電磁継電器
２０１ 第１の電磁継電器
２０２ 第２の電磁継電器
２０３ 第３の電磁継電器
２１ 端子
３ 高電圧バスバー
３１ 接続端子部
４ 低電圧バスバー
４１ 接続端子部
５ 筐体

Claims (3)

1. 高電圧回路の一部に組み込まれた電磁継電器と、上記高電圧回路の一部を構成する高電圧バスバーと、上記電磁継電器を駆動するための低電圧電流が流れる低電圧バスバーと、これらを搭載する電気絶縁性の筐体とを有する高電圧機器モジュールであって、
   上記高電圧バスバーと上記低電圧バスバーとは、上記筐体における互いに反対側の面に分けて配線されており、
   上記電磁継電器の各端子は、上記高電圧バスバー及び上記低電圧バスバーの接続端子部に対して、それぞれ溶接されており、
   上記筐体は、上記高電圧バスバー側の面と上記低電圧バスバー側の面との間に貫通する貫通孔を形成してなり、
   上記電磁継電器の本体は、上記筐体における上記低電圧バスバーが配線された側の面に配されており、
   上記電磁継電器の上記端子及び上記低電圧バスバーの上記接続端子部のみが、上記筐体の上記貫通孔に挿通されて、上記筐体における上記電磁継電器の本体と反対側の面に突出し、
   上記高電圧バスバー及び上記低電圧バスバーの上記接続端子部は、上記筐体における上記電磁継電器の本体が配される側と反対の面において、上記電磁継電器の上記端子と溶接されていることを特徴とする高電圧機器モジュール。
2. 高電圧回路の一部に組み込まれた電磁継電器と、上記高電圧回路の一部を構成する高電圧バスバーと、上記電磁継電器を駆動するための低電圧電流が流れる低電圧バスバーと、これらを搭載する電気絶縁性の筐体とを有する高電圧機器モジュールであって、
   上記高電圧バスバーと上記低電圧バスバーとは、上記筐体における互いに反対側の面に分けて配線されており、
   上記電磁継電器の各端子は、上記高電圧バスバー及び上記低電圧バスバーの接続端子部に対して、それぞれ溶接されており、
   上記筐体は、上記高電圧バスバー側の面と上記低電圧バスバー側の面との間に貫通する貫通孔を形成してなり、
   上記電磁継電器の本体は、上記筐体における上記高電圧バスバーが配線された側の面に配されており、
   上記電磁継電器の上記端子及び上記高電圧バスバーの上記接続端子部のみが、上記筐体の上記貫通孔に挿通されて、上記筐体における上記電磁継電器の本体と反対側の面に突出し、
   上記高電圧バスバー及び上記低電圧バスバーの上記接続端子部は、上記筐体における上記電磁継電器の本体が配される側と反対の面において、上記電磁継電器の上記端子と溶接されていることを特徴とする高電圧機器モジュール。
3. 請求項１又は２において、上記高電圧バスバー及び上記低電圧バスバーの接続端子部と、上記電磁継電器の端子とは、レーザー溶接によって接続されていることを特徴とする高電圧機器モジュール。

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