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公開番号2019205317
公報種別公開特許公報(A)
公開日20191128
出願番号2018100741
出願日20180525
発明の名称車載用電力変換装置
出願人株式会社豊田自動織機,株式会社豊田中央研究所
代理人個人,個人
主分類H02M 3/28 20060101AFI20191101BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】放射ノイズを抑制することができる車載用電力変換装置を提供する。
【解決手段】電子部品61が搭載される回路基板60と、回路基板60を収容するとともに、アース接続されたボディ100に対して固定される導電性の筐体70と、筐体70内の回路基板60と筐体70外のパワーケーブル80とを接続するコネクタ90と、を有する。コネクタ90は、一部が筐体70の外側に露出する状態で筐体70に保持されている。パワーケーブル80は、コネクタ90から筐体70の外周に沿うように延びている。筐体70は、コネクタ90における筐体70の外側に露出する部位(露出部)90aを覆うカバー部75を有する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
電子部品が搭載される回路基板と、
前記回路基板を収容するとともに、アース接続されたボディに対して固定される導電性の筐体と、
前記筐体内の前記回路基板と筐体外のパワーケーブルとを接続するコネクタと、
を有する車載用電力変換装置において、
前記コネクタは、一部が前記筐体の外側に露出する状態で前記筐体に保持され、
前記パワーケーブルは、前記コネクタから前記筐体の外周に沿うように延び、
前記筐体は、前記コネクタにおける前記筐体の外側に露出する部位を覆うカバー部を有することを特徴とする車載用電力変換装置。
続きを表示(約 300 文字)【請求項2】
前記筐体は、前記筐体の外周に沿うように前記パワーケーブルを保持する保持部を有することを特徴とする請求項1に記載の車載用電力変換装置。
【請求項3】
前記ボディと前記保持部とにより前記パワーケーブルは覆われることを特徴とする請求項2に記載の車載用電力変換装置。
【請求項4】
前記保持部は、前記ボディに締結部材により取り付けられていることを特徴とする請求項3に記載の車載用電力変換装置。
【請求項5】
前記カバー部は、開口部を有し、前記開口部は前記ボディに対向していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の車載用電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、車載用電力変換装置に関するものである。
続きを表示(約 8,700 文字)【背景技術】
【0002】
アース接続されたボディに筐体が固定されるとともに筐体内の回路基板と筐体外のパワーケーブルとをコネクタで接続する構造が知られている。特許文献1に開示の車載用電力変換装置においては、コネクタの外面と筐体外面を導通させるノイズ誘導部材を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2016−46927号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、コネクタを介してノイズが放射される懸念があり、放射ノイズ対策が必要となる。つまり、コネクタ部からのノイズ抑制が必要であり、詳しくは、基板自体がノイズ発生源であり、基板に近いコネクタはノイズを放射しやすい。
【0005】
本発明の目的は、放射ノイズを抑制することができる車載用電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に記載の発明では、電子部品が搭載される回路基板と、前記回路基板を収容するとともに、アース接続されたボディに対して固定される導電性の筐体と、前記筐体内の前記回路基板と筐体外のパワーケーブルとを接続するコネクタと、を有する車載用電力変換装置において、前記コネクタは、一部が前記筐体の外側に露出する状態で前記筐体に保持され、前記パワーケーブルは、前記コネクタから前記筐体の外周に沿うように延び、前記筐体は、前記コネクタにおける前記筐体の外側に露出する部位を覆うカバー部を有することを要旨とする。
【0007】
請求項1に記載の発明によれば、パワーケーブルは、コネクタから筐体の外周に沿うように延びているのでノイズの放射を抑制することができる。また、コネクタにおける筐体の外側に露出する部位はカバー部により覆われるのでノイズの放射を抑制することができる。その結果、放射ノイズを抑制することができる。
【0008】
請求項2に記載のように、請求項1に記載の車載用電力変換装置において、前記筐体は、前記筐体の外周に沿うように前記パワーケーブルを保持する保持部を有するとよい。
請求項3に記載のように、請求項2に記載の車載用電力変換装置において、前記ボディと前記保持部とにより前記パワーケーブルは覆われるとよい。
【0009】
請求項4に記載のように、請求項3に記載の車載用電力変換装置において、前記保持部は、前記ボディに締結部材により取り付けられているとよい。
請求項5に記載のように、請求項1〜4のいずれか1項に記載の車載用電力変換装置において、前記カバー部は、開口部を有し、前記開口部は前記ボディに対向しているとよい。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、放射ノイズを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
実施形態における車載用電力変換装置の回路図。
車載用電力変換装置の斜視図。
(a)は車載用電力変換装置の平面図、(b)は(a)のA−A線での断面図、(c)は(a)のB−B線での断面図。
(a)は別例の車載用電力変換装置の平面図、(b)は(a)のA−A線での断面図、(c)は(a)のB−B線での断面図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、車両は、車載用電力変換装置10と、バッテリBと、を備える。車両は、電動機を駆動源とする電気自動車や、ハイブリッド自動車である。バッテリBは、充放電可能な蓄電装置であり、車両に搭載される電動機の電力源として用いられる。
【0013】
車載用電力変換装置10は、交流電源11が接続される入力端12を備える。交流電源11は、一般的な家庭で使用される系統電源である。図示は省略するが、交流電源11は、家庭に設置される家庭用充電設備を用いて入力端12に接続される。車載用電力変換装置10は、交流電源11から入力された交流電力を直流電力に変換して出力することで、バッテリBを充電する車載充電器として用いられる。
【0014】
図1に示すように、車載用電力変換装置10は、ACフィルタ(交流フィルタ)20と、PFC(力率改善回路)25と、DC/DCコンバータ30と、DCフィルタ(直流フィルタ)40と、を備える。PFC25とDC/DCコンバータ30によりAC/DC変換回路が構成されている。
【0015】
ACフィルタ20は、入力端12に接続される交流電源11と、PFC25との間に設けられ、交流電源11から入力される交流電力からノイズを除去する。また、ACフィルタ20は、車載用電力変換装置10で生じた伝導ノイズを低減することで、交流電源11に伝導ノイズが流入することを抑制する。
【0016】
ACフィルタ20は、3つのXコンデンサ(アクロスザラインコンデンサ)CXと、2つのコモンチョークコイル21,22と、4つのYコンデンサ(ラインバイパスコンデンサ)CY1と、を備える。ACフィルタ20は、コモンチョークコイル21,22を2つ備える二段構成のフィルタである。
【0017】
両コモンチョークコイル21,22は、それぞれ、単一のコアに巻き付けられた2つの巻線L1,L2を備える。両巻線L1,L2の巻き方向は、互いに反対方向となっている。2つのコモンチョークコイル21,22の巻線L1同士は直列接続されており、巻線L2同士は直列接続されている。
【0018】
XコンデンサCXは、入力端12とコモンチョークコイル21との間、コモンチョークコイル21,22同士の間、及び、コモンチョークコイル22とPFC25との間にそれぞれ設けられている。
【0019】
2つのYコンデンサCY1は、互いに直列接続されることでYコンデンサCY1の直列回路を構成している。YコンデンサCY1の直列回路が2組設けられることで、ACフィルタ20は計4つのYコンデンサCY1を備える。YコンデンサCY1の直列回路は、コモンチョークコイル21,22同士の間、及び、コモンチョークコイル21,22とPFC25との間にそれぞれ設けられている。XコンデンサCXと、YコンデンサCY1の直列回路とは、並列接続されている。直列接続されたYコンデンサCY1同士の中点は、車体に接地(アース接続)されている。
【0020】
上記したACフィルタ20では、巻線L1,L2と、YコンデンサCY1によりコモンモードノイズが低減され、コモンチョークコイル21,22の漏れインダクタンスとXコンデンサCXによりノーマルモードのノイズが低減される。
【0021】
PFC25は、ACフィルタ20とDC/DCコンバータ30との間に設けられ、力率を改善させながら交流電圧を直流電圧に変換してDC/DCコンバータ30に出力する。
PFC25は、1つのコイルL3と、2つのダイオードD1,D2と、2つのスイッチング素子Q1,Q2と、1つの平滑コンデンサC1と、を備える。
【0022】
各スイッチング素子Q1,Q2としてはMOSFETが使用されている。各スイッチング素子Q1,Q2は、互いに直列接続されることでスイッチング素子Q1,Q2の直列回路を構成している。具体的にいえば、スイッチング素子Q1のソースに、スイッチング素子Q2のドレインが接続されている。
【0023】
各ダイオードD1,D2は、互いに直列接続されることでダイオードD1,D2の直列回路を構成している。具体的にいえば、ダイオードD1のアノードにダイオードD2のカソードが接続されている。
【0024】
スイッチング素子Q1のドレイン、及び、ダイオードD1のカソードは、第1正極配線L11に接続されている。スイッチング素子Q2のソース、及び、ダイオードD2のアノードは第1負極配線L12に接続されている。これにより、スイッチング素子Q1,Q2の直列回路と、ダイオードD1,D2の直列回路とは並列接続されている。
【0025】
スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との中点(各スイッチング素子Q1,Q2同士を接続する接続部)には、コイルL3を介してACフィルタ20の出力端が接続されている。ダイオードD1とダイオードD2との中点(各ダイオードD1,D2同士を接続する接続部)には、ACフィルタ20の出力端が接続されている。
【0026】
また、平滑コンデンサC1の一端は第1正極配線L11に接続され、平滑コンデンサC1の他端は第1負極配線L12に接続されている。
上記したPFC25では、スイッチング素子Q1,Q2が図示しない制御装置によってスイッチング動作(オン・オフ動作)されることで、第1正極配線L11、及び、第1負極配線L12を介してDC/DCコンバータ30に直流電圧が供給される。PFC用コイルL3は、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング動作に伴い発熱する。またこのときPFC用コイルL3においてノイズが発生する。
【0027】
DC/DCコンバータ30は、PFC25とDCフィルタ40との間に設けられた絶縁型のDC/DCコンバータである。
DC/DCコンバータ30は、1つのブリッジ回路31と、2つのダイオードD3,D4と、2つのコイルL4,L5と、1つのトランス32と、1つの整流回路35と、1つの平滑コンデンサC2と、を備える。
【0028】
トランス32の1次側に設けられたブリッジ回路31は、4つのスイッチング素子Q3,Q4,Q5,Q6を備える。各スイッチング素子Q3,Q4,Q5,Q6としてはMOSFETが使用されている。スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とは、互いに直列接続されることでスイッチング素子Q3,Q4の直列回路を構成している。具体的にいえば、スイッチング素子Q3のソースに、スイッチング素子Q4のドレインが接続されている。同様に、スイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6とは直列接続されている。
【0029】
トランス32の1次側に設けられた各ダイオードD3,D4は、互いに直列接続されることでダイオードD3,D4の直列回路を構成している。具体的にいえば、ダイオードD3のアノードにダイオードD4のカソードが接続されている。
【0030】
スイッチング素子Q3,Q5のドレインは第1正極配線L11に接続されている。スイッチング素子Q4,Q6のソースは第1負極配線L12に接続されている。ダイオードD3のカソードは、第1正極配線L11に接続されている。ダイオードD4のアノードは、第1負極配線L12に接続されている。これにより、スイッチング素子Q3及びスイッチング素子Q4の直列回路と、スイッチング素子Q5及びスイッチング素子Q6の直列回路と、ダイオードD3,D4の直列回路とは並列接続されている。
【0031】
トランス32は1次側巻線33と、2次側巻線34と、を備える。1次側巻線33の一端はスイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との中点にコイルL4を介して接続され、1次側巻線33の他端はスイッチング素子Q5とスイッチング素子Q6との中点に接続されている。
【0032】
トランス32の2次側に設けられた整流回路35は、4つのダイオードD5,D6,D7,D8を備える。ダイオードD5とダイオードD6とは、互いに直列接続されることでダイオードD5,D6の直列回路を構成している。具体的にいえば、ダイオードD5のアノードにダイオードD6のカソードが接続されている。同様に、ダイオードD7とダイオードD8とは互いに直列接続されている。ダイオードD5,D7のカソードは、第2正極配線L21に接続されている。ダイオードD6,D8のアノードは第2負極配線L22に接続されている。これにより、ダイオードD5,D6の直列回路と、ダイオードD7,D8の直列回路とは並列接続されている。
【0033】
ダイオードD5とダイオードD6の中点には2次側巻線34の一端が接続され、ダイオードD7とダイオードD8の中点には2次側巻線34の他端が接続されている。
コイルL5は、第2正極配線L21の一部として設けられている。平滑コンデンサC2の一端は第2正極配線L21に接続されており、平滑コンデンサC2の他端は第2負極配線L22に接続されている。
【0034】
上記したDC/DCコンバータ30は、スイッチング素子Q3,Q4,Q5,Q6が図示しない制御装置によってスイッチング動作(オン・オフ動作)される。これにより、第1正極配線L11、及び、第1負極配線L12から入力された直流電圧が、バッテリBの充電状態などに応じて、異なる電圧の直流電圧に変換される(電圧変換が行われる)。そして、電圧変換が行われた後の直流電圧が第2正極配線L21、及び、第2負極配線L22から出力される。
【0035】
DCフィルタ40は、1つのコモンチョークコイル41と、4つのYコンデンサCY2と、を備える。コモンチョークコイル41は、前述したコモンチョークコイル21,22と同様の構成であり、2つの巻線L6,L7を備える。2つのYコンデンサCY2は、互いに直列接続されることでYコンデンサCY2の直列回路を構成している。YコンデンサCY2の直列回路が2組設けられることで、DCフィルタ40は計4つのYコンデンサCY2を備える。直列接続されたYコンデンサCY2同士の中点は、車体に接地(アース接続)されている。DCフィルタ40は、直流電圧に含まれるノイズを低減する。
【0036】
次に、車載用電力変換装置10の具体的構成について、図2、図3(a)、図3(b)、図3(c)を用いて説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するX,Y方向で規定するとともに、上下方向をZ方向で規定している。
【0037】
図2、図3(a)、図3(b)、図3(c)に示すように、車載用電力変換装置10は、導電性の筐体70と、回路基板60と、コネクタ90,91と、を有する。導電性の筐体70は四角箱型をなしている。回路基板60には、電子部品61が搭載されている。コネクタ90は図1でのバッテリBとの接続箇所に設けられ、コネクタ91は図1での交流電源11との接続箇所に設けられる。
【0038】
車両のボディ100は平板状をなし、X−Y面、即ち、水平方向に延在している。ボディ100は、アース接続されている。
ボディ100の上面に導電性の筐体70が固定されている。筐体70は全体の概略形状として四角箱型をなしている。筐体70は、上面が開口する本体部71と、本体部71の上面開口部を塞ぐ蓋部材72により構成されている。蓋部材72は本体部71にねじ締結されている。四角箱型をなす筐体70は、4つの側壁S1,S2,S3,S4を有し、側壁S1と側壁S3とは対向しているとともに側壁S2と側壁S4とは対向している。
【0039】
筐体70の内部において、回路基板60が収容されている。回路基板60は、筐体70の内部においてX−Y面、即ち、水平方向に延存するように配置されている。
筐体70の側壁S1での上部にはコネクタ設置部73が突設されている。コネクタ設置部73は全体の概略形状として四角箱型をなし、3つの側壁73a,73b,73cと、上壁73dと下壁73eを有している。コネクタ設置部73の内部空間と回路基板60の配置空間とは共に筐体70の内部空間となっている。
【0040】
コネクタ設置部73の下壁73eにはコネクタ90が固定されている。コネクタ90は、上部がコネクタ設置部73の内部(筐体70の内部)に位置し、下部がコネクタ設置部73の外部(筐体70の外部)に位置している。このように、コネクタ90は、一部が筐体70の外側に露出する状態で筐体70に保持されている。
【0041】
コネクタ90は、コネクタ設置部73の内部(筐体70の内部)において導線Wにより回路基板60と電気的に接続されている。
コネクタ90は筐体70外のパワーケーブル80と接続される。つまり、筐体70内の回路基板60はコネクタ90を介して筐体70外のパワーケーブル80と接続される。
【0042】
なお、1本のパワーケーブル80において、正負の2本の丸線を包含している。つまり、正負の2本の丸線により1本のパワーケーブル80が構成されている。同様に、1本のパワーケーブル81において、正負の2本の丸線を包含している。つまり、正負の2本の丸線により1本のパワーケーブル81が構成されている。
【0043】
筐体70の側壁S1,S2は上下方向(Z方向)に延存しており、パワーケーブル80は、コネクタ90から筐体70の外周の側壁S1に沿うように下方(Z方向)に延びている。
【0044】
筐体70は、カバー部75を有する。カバー部75は、コネクタ90における筐体70の外側に露出する部位(露出部)90aを覆っている。詳しくは、カバー部75は3つの側壁75a,75b,75cを有し、側壁75aはコネクタ設置部73の側壁73aから下方に突出するように延びている。側壁75bはコネクタ設置部73の側壁73bから下方に突出するように延びている。側壁75cはコネクタ設置部73の側壁73cから下方に突出するように延びている。これにより、コネクタ90における筐体70の外側に露出する部位(露出部)90aは、側壁S1と、側壁75a,75b,75cとで、四方が囲まれている。また、コネクタ90における筐体70の外側に露出する部位(露出部)90aは、上面がコネクタ設置部73の下壁73eで覆われている。
【0045】
カバー部75は、下面が開口部75dとなっている。開口部75dは、Z方向においてボディ100に対向している。
筐体70は、保持部76を有する。保持部76は、側壁S1の下部から外方に突出している。保持部76は、図3(b)に示すように、本体部76aを有し、本体部76aはパワーケーブル80が通る切欠き部77が形成されている。切欠き部77は下面に開口している。切欠き部77の開口部はボディ100の上面で塞がれる。
【0046】
保持部76は、本体部76aから延びる平板部76bを有し、平板部76bはボディ100の上面に沿って延びている。平板部76bを貫通するねじScをボディ100に螺入することにより保持部76がボディ100に固定されている。
【0047】
保持部76は、筐体70の外周の側壁S1に沿うようにパワーケーブル80を保持する。詳しくは、パワーケーブル80は、ボディ100と保持部76とにより覆われ、保持部76は、ボディ100に締結部材としてのねじScにより取り付けられている。よって、パワーケーブル80はボディ100の上面をX方向に延びるとともに、保持部76においてZ方向に90度屈曲形成され、コネクタ90に繋がっている。
【0048】
一方、筐体70の側壁S2での上部においてコネクタ91が配置されるとともにコネクタ91にはパワーケーブル81が接続されるが、コネクタ91及びパワーケーブル81の設置箇所の構造について、上述したコネクタ90及びパワーケーブル80の設置箇所の構造と同様な構成となっているので、図2において同一の符号を付すことによりその説明は割愛する。
【0049】
次に、作用について説明する。
パワーケーブル80がコネクタ90から筐体70の外周の側壁S1に沿うように延びていることによってノイズの放射が抑制される。
【0050】
つまり、電子部品61が搭載される回路基板60でノイズが発生し、コネクタ90及びパワーケーブル80からノイズが放射されるが、筐体70に対するパワーケーブル80の取り出し方向が筐体外壁(側壁S1)に平行になるようにコネクタ90が配置されている。特に、筐体70の外壁(側壁S1)の一部に、パワーケーブル80を固定する保持部(凹部)76を設けることで、パワーケーブル80の引出し部の撓みが小さくされている。また、パワーケーブル80を筐体70の外壁(側壁S1)に接近するように保持部(凹部)76を用いて固定した構造となっている。
(【0051】以降は省略されています)

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