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公開番号2021069246
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2019194996
出願日20191028
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人特許業務法人ぱるも特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20210402BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】コンデンサと放電抵抗とをバスバーを用いずに簡素化した構成により接続することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置100のコンデンサ1と放電抵抗2との接続をP、N線となるワイヤハーネスにより行う。コンデンサ1と放電抵抗2とを第一のワイヤハーネス21によって直接的に接続して一体化する。さらに、コンデンサ1と放電抵抗2のそれぞれから引き出された第二のワイヤハーネス22、第三のワイヤハーネス23の先端部にそれぞれ圧着端子22a、23aを設け、圧着端子同士を接続することによって導通状態を得る。圧着端子22a、23aを接続しない状態において、コンデンサ1の性能検査を行うことを可能とした。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
電力変換回路の正負の直流端子間に接続され、電圧を平滑化するコンデンサ、
上記コンデンサに残留する電荷が放電される放電抵抗、
上記コンデンサの第一の端子部に接続され、上記コンデンサと上記放電抵抗とを接続した第一のワイヤハーネス、
上記コンデンサの上記第一の端子部と電気的に離間された第二の端子部から引き出された第二のワイヤハーネス、
上記放電抵抗から引き出された第三のワイヤハーネスを備え、
上記第二のワイヤハーネスと上記第三のワイヤハーネスが締結されたことを特徴とする電力変換装置。
続きを表示(約 990 文字)【請求項2】
上記第一のワイヤハーネスは上記コンデンサの負極側に、上記第二のワイヤハーネスは上記コンデンサの正極側にそれぞれ接続されたことを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。
【請求項3】
上記第二のワイヤハーネス、上記第三のワイヤハーネスのいずれか一方若しくは両方の先端部に圧着端子が設けられ、上記圧着端子を介して上記第二のワイヤハーネスと上記第三のワイヤハーネスが締結されたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の電力変換装置。
【請求項4】
上記第二のワイヤハーネスの先端部と上記第三のワイヤハーネスの先端部とを締結固定する台座となる締結固定部が上記コンデンサを収納する筐体の一部から延出されて上記筐体の外側に設けられ、上記締結固定部に上記第二のワイヤハーネスの先端部と上記第三のワイヤハーネスの先端部とが締結用ネジによって固定されたことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の電力変換装置。
【請求項5】
上記締結固定部には、上記第二のワイヤハーネスの先端部と上記第三のワイヤハーネスの先端部を収納する溝部が設けられたことを特徴とする請求項4記載の電力変換装置。
【請求項6】
上記コンデンサを収納する筐体の一部から延出されて上記コンデンサを組付けたベースの上面に立設された壁面部が設けられ、上記壁面部の一方の側面に上記締結固定部が配置されるとともに、上記壁面部の他方の側面に上記放電抵抗が配置されたことを特徴とする請求項4記載の電力変換装置。
【請求項7】
上記第一のワイヤハーネスと上記第三のワイヤハーネスとは、上記壁面部の上部を通過する形状に配置されたことを特徴とする請求項6記載の電力変換装置。
【請求項8】
上記壁面部の他方の側面から延出され、上記放電抵抗を保持する放電抵抗保持部が設けられたことを特徴とする請求項6記載の電力変換装置。
【請求項9】
上記放電抵抗保持部に保持された上記放電抵抗の底面と、上記コンデンサを組付けた上記ベースの上面との間に放熱シートが配設されたことを特徴とする請求項8記載の電力変換装置。
【請求項10】
上記ベースの裏面側に冷却水路が配設されたことを特徴とする請求項9記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本願は、電力変換装置に関するものである。
続きを表示(約 6,800 文字)【背景技術】
【0002】
ハイブリッドカー、或いは電気自動車に用いられる電力変換装置は、車両駆動用の回転電機と車載バッテリとの間の電力変換を行うように構成されている。
例えば、回転電機が三相交流回転電機であれば、上述の電力変換装置は、6個の半導体スイッチング素子により構成された三相ブリッジ回路からなる電力変換回路を備える。三相ブリッジ回路は、その直流側端子が車載バッテリの電極端子に接続され、交流側端子が回転電機の電機子巻線の巻線端子に接続される。
【0003】
上述の回転電機を車両駆動のための電動機として動作させる場合、車載バッテリからの直流電力は、電力変換装置により三相交流電力に変換されて回転電機に供給される。一方、回転電機を回生制動時のように発電機として動作させる場合は、回転電機が発生する三相交流電力は、電力変換装置により直流電力に変換されて車載バッテリに供給される。
【0004】
周知のように、上述の電力変換装置は、電力変換回路の正負の直流端子間に接続された平滑コンデンサを備える。電力変換回路からの直流電力は、電源回路で整流後も発生するリップルを抑え、より直流に近くなるように電圧を平滑化する平滑コンデンサにより平滑化されて車載バッテリに供給される。上述の平滑コンデンサには、比較的大容量のコンデンサが用いられる。例えば、平滑コンデンサは、複数のコンデンサ素子をバスバーにより並列接続して大容量化し、これ等を樹脂により一体に封止した樹脂モールド型コンデンサを用いる場合がある。
【0005】
また、電力変換装置には、残留電荷を放電させるための放電抵抗が搭載されている。放電抵抗を備えることで、電力変換装置が停止した場合であってもコンデンサ内に残留した電荷を、放電抵抗を介して放電することができ、例えば、車両の衝突時およびメンテナンス時おける感電の危険性を排除する効果が得られる。この放電抵抗はコンデンサと直接接続または、端子台を介して接続されている。
【0006】
従来の電力変換装置にあっては、放電抵抗から突出したバスバーをコンデンサに溶接することで、コンデンサと放電抵抗とを接続し、コンデンサの放電電流を放電抵抗に流して放電していた。
そして、放電抵抗において発した熱は、放電抵抗放熱用の放熱板と、その放熱板を冷却する流路にて放熱されていた(例えば、特許文献1参照)。
また、別の装置の放電機構を開示した文献にあっては、二つの素子から個々に伸びるワイヤ状の導線を接続して短絡する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
特開2012-217322号公報
特許第5733320号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献1に開示された従来の電力変換装置では、コンデンサと放電抵抗とがバスバー接続されていたため、次のような課題があった。まず、放電抵抗において発生した熱がワイヤ状の導線よりも熱抵抗が小さいバスバーを介してコンデンサに伝わらないように熱の流れを制御するために、放電抵抗の熱を放電板を介して放電する必要があった。さらに、放熱板および冷却流路等のバスバー利用に伴って必要となる冷却構成部があった。また、放電抵抗から発生した熱を放熱するために、バスバーの展開面積拡大が必要であった。そのため、部品点数増加、バスバーの使用量増加、冷却流路の複雑化、それらの部材を配置するスペースの確保が必要となり省スペース化が困難であった。また、放電抵抗から突出したバスバーを端子台に接続する際に、フレームに実装した後に溶接する必要があり、設備費等の製造コスト増加という課題があった。
そして、コンデンサと放電抵抗とをバスバー接続した構成において、放熱板等の冷却構成部を用いない場合には、バスバーを介して放電抵抗の熱がコンデンサに伝わり、放熱性が低下するという課題があった。
【0009】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、コンデンサと放電抵抗とをバスバーを用いない簡素化した形態にて接続することを可能とし、放熱性を向上させることが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本願に係わる電力変換装置は、電力変換回路の正負の直流端子間に接続され、電圧を平滑化するコンデンサ、上記コンデンサに残留する電荷が放電される放電抵抗、上記コンデンサの第一の端子部に接続され、上記コンデンサと上記放電抵抗とを接続した第一のワイヤハーネス、上記コンデンサの上記第一の端子部と電気的に離間された第二の端子部から引き出された第二のワイヤハーネス、上記放電抵抗から引き出された第三のワイヤハーネスを備え、上記第二のワイヤハーネスと上記第三のワイヤハーネスが締結されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0011】
本願の電力変換装置によれば、コンデンサと放電抵抗とを第一のワイヤハーネスにより接続して一体化した上で、第二のワイヤハーネスと第三のワイヤハーネスとを連結することによって正負両方の配線を接続して残留電荷を放電することができ、バスバーよりも熱抵抗が大きいワイヤハーネスを用いた接続であるため、バスバーを用いた場合より放電抵抗の熱がコンデンサに伝わりにくく、放熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
実施の形態1による電力変換装置の概要を示す斜視図である。
図1の電力変換装置を裏面側から観察した下面図である。
図2の電力変換装置の要部拡大図である。
圧着端子を固定する締結固定部の拡大断面図である。
実施の形態2による電力変換装置の概要を示す斜視図である。
図5の電力変換装置の側面図である。
冷却水路を含む電力変換装置の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
実施の形態1.
本願の実施の形態1による電力変換装置100について、図1から図4を用いて説明する。電力変換装置100は電力変換回路の正負の直流端子間に接続されたコンデンサ1(平滑コンデンサまたは樹脂モールド型コンデンサ)と、コンデンサ1の残留電荷が放電される放電抵抗2とを備えており、コンデンサ1の正極、負極側と放電抵抗2とはP、N線となるワイヤハーネスによって接続されている。
図1は実施の形態1による電力変換装置100の概要を示す斜視図であり、図2は図1の電力変換装置100を裏面側から観察した下面図であり、図3は二本のワイヤハーネスの先端部同士を接続した状態を示す図2の要部拡大図であり、図4は二つの圧着端子を固定した締結固定部12の拡大断面図である。
【0014】
図1は実施の形態1による電力変換装置100の概要を示す斜視図であり、コンデンサ本体を樹脂封止したコンデンサ1と放電抵抗2を備え、放電抵抗2の熱が放熱される図示しないベース上において、コンデンサ1と放電抵抗2は互いに離間して配置され、P、N線となるワイヤハーネスを介して接続されている。コンデンサ1の上面および側面は筐体10で覆われており、筐体10の側面部の一部から側方に壁面部11が延設されている。図示しないベースの上面に立設された壁面部11の一方の側面にはワイヤハーネス先端部を固定する端子台となる締結固定部12が設けられている。
【0015】
P、N線となるワイヤハーネスのうち一方は、コンデンサ1と放電抵抗2とを直接的に接続する第一のワイヤハーネス21であり、もう一方はコンデンサ1から引き出された第二のワイヤハーネス22と放電抵抗2から引き出された第三のワイヤハーネス23とを連結して適用する。なお、図1の例では第二のワイヤハーネス22と第三のワイヤハーネス23とが未接続の状態であることを示しているが、後述する図3等に示すように、締結固定部12にて締結するなどしてワイヤハーネス同士が接続される。
【0016】
コンデンサ1から引き出された第二のワイヤハーネス22の先端部には導電部が露出して設けられており、例えば導電部として圧着端子22aが設けられている。同様に、放電抵抗2から引き出された第三のワイヤハーネス23の先端部には圧着端子23aが設けられている。
【0017】
コンデンサ1の筐体10から延設された壁面部11と一体となるように締結固定部12が設けられているため、コンデンサ1から引き出された第二のワイヤハーネス22の長さは、例えば、筐体10の第二のワイヤハーネス22の引き出し位置と締結固定部12との間の距離に余裕を持たせた長さに設定することができる。また、締結固定部12と放電抵抗2との間に配線される第三のワイヤハーネス23は、放電抵抗2の配置に合わせてその長さを調整すればよく、コンデンサ1に対する放電抵抗2の配置の自由度を高めることができる。
【0018】
放電抵抗2は、図示しないベース上に搭載され、P、N線となるワイヤハーネスによってコンデンサ1と短絡された状態となると、コンデンサ1の残留電荷が放電抵抗2に放電されて発熱する。放電抵抗2において生じた熱はベースに放熱される。
放電抵抗2は、例えば本体部底面から側方に突出する2つの突起部2aを備えており、突起部2aに形成された孔部に締結用ネジ等を挿通させて放電抵抗2をベース3の上面に搭載することができる。
【0019】
図2は、図1の電力変換装置100を裏面側から観察した下面図であり、後述するベース3に搭載する前の段階における構成を示している。図2の例では、コンデンサ1内の一つの電極である第一の端子部1aと第一のワイヤハーネス21とが接続され、コンデンサ1内の別の電極である第二の端子部1bと第二のワイヤハーネス22とが接続されている。図2に例示するように、コンデンサ1の電極と第一のワイヤハーネス21および第二のワイヤハーネス22との接続部が樹脂モールド内に位置する場合は、電極と配線との安定した接続状態を得ることができる。なお、モールド外において電極と配線を接続することも可能である。
【0020】
ここで、樹脂モールドされたコンデンサ1と放電抵抗2とをP、N線の両方でワイヤ接続すると平滑コンデンサの特性検査を正常に行うことができない。そこで、一方のワイヤを非接続として放電抵抗2の影響を排除し、コンデンサ1の特性検査を適切に行う。具体的には、N線となる第一のワイヤハーネス21によってコンデンサ1と放電抵抗2との一体化を図り、P線となる第二のワイヤハーネス22と第三のワイヤハーネス23とを締結しない状態にてコンデンサ1の特性検査を実施する。これにより、第二のワイヤハーネス22と第三のワイヤハーネス23との接続はコンデンサ1の品質を確認した上で行うことが可能であり、製品の品質を安定化させることができる。
【0021】
第二のワイヤハーネス22と第三のワイヤハーネス23とを接続する際は、図3に示すように、筐体10に延設された壁面部11の一側面に配置された台座(端子台)である締結固定部12に締結固定する。その際、締結固定部12の表面に設けられた溝部に第二のワイヤハーネス22の先端部の圧着端子22aと第三のワイヤハーネス23の先端部の圧着端子23aを嵌合させて位置決めする。
【0022】
図4に例示するように、締結固定部12には端子載置面に露出するようにナット12bが埋設され、圧着端子22a、23aをナット12b上に重ねて配置した状態で締結用ネジ12aにて締結固定することで端子間の電気的接続が可能となる。この時、締結用ネジ12aを用いて接続するため、締結のための溶接作業が必要ではなく、容易に組立てを行うことができる。ここで、締結固定部12の端子載置面は、図2、図3に例示したように台座の裏面側とする以外に、台座の表面側など別の向きに設けることも可能である。
【0023】
ここで、コンデンサ1の筐体10に延設した締結固定部12には、圧着端子22a、23aをそれぞれ収納するための溝部が異なる方向に伸びるように設けられている。締結固定部12の溝部に圧着端子22a、23aをそれぞれ収納することにより、締結用ネジ12aで締め付ける際、締結用ネジ12aの回転に伴う圧着端子22a、23aの回転を防止することができる。
【0024】
また、上述の例では、中間接続が必要となるワイヤハーネス先端部に圧着端子22a、23aを設けた場合を示したが、圧着端子以外の形態とすることも可能であることは言うまでもない。
なお、ワイヤハーネスと圧着端子の組み合わせをワイヤハーネスとコネクタに変更した場合には、コネクタを用いることによるコスト高、コネクタ半嵌合の懸念があるが、コネクタに代えて圧着端子を用いていることで低コスト化、締結用ネジによる締結安定性向上等の効果を得ることができる。
【0025】
この実施の形態1による電力変換装置100の構成にあっては、第一のワイヤハーネス21の長さ、および、連結した第二のワイヤハーネス22と第三のワイヤハーネス23の総長を十分に長くすることが容易であり、コンデンサ1と放電抵抗2との距離を十分に確保することが可能となる。よって、ワイヤハーネス(符号21、22、23で示す)を介してコンデンサ1が受ける放電抵抗2からの発熱の影響を低減することが可能となる。
【0026】
このように、本願によればコンデンサ1と放電抵抗2とをワイヤハーネス(21、22、23)にて接続したため、バスバー利用の場合よりも電流抵抗と熱抵抗を大きくでき、放電抵抗2の熱がコンデンサ1に逆流することを抑制して放熱の方向を規制し、放熱性を向上させることができる。そして、ワイヤハーネス利用の簡素化した接続形態であるため、低コスト化、省スペース化が可能であり、二本のワイヤハーネス(22、23)を締結しない状態で品質検査を行うことが容易であり、製品の品質安定性向上の効果をも得ることができる。
【0027】
実施の形態2.
次に、実施の形態2による電力変換装置100について図5から図7を用いて説明する。上述の実施の形態1ではコンデンサ1と放電抵抗2とが分離された配置である場合について説明したが、この実施の形態2ではコンデンサ1に放電抵抗2を固定することが可能な変形例について説明する。
コンデンサ1と放電抵抗2の位置関係が定まっていない場合、組立性が悪く安定した輸送が困難となるが、この実施の形態2の電力変換装置100ではコンデンサ1の筐体10の一部を変形させて放電抵抗保持部13を設け、放電抵抗2を安定的に保持するため、組立性、輸送性を向上させることができる。
【0028】
図5は、この実施の形態2による電力変換装置100の概要を示す斜視図であり、図6は、図5の電力変換装置100の側面図であり、図7は、冷却水路の構成部としてウォータージャケット4を備えた電力変換装置100の分解斜視図をそれぞれ示している。
【0029】
図5および図6に示すように、実施の形態2の電力変換装置100では、コンデンサ1の筐体10から延設された壁面部11の一方の側面に第二のワイヤハーネス22と第三のワイヤハーネス23とを締結固定する締結固定部12が設けられ、壁面部11の他方の側面に放電抵抗2を固定する放電抵抗保持部13が設けられている。
【0030】
放電抵抗保持部13は、例えば放電抵抗2の本体部底面から側方に突出する2つの突起部2a(相反する方向に突出)を嵌合させる溝状の嵌合部を備えている。放電抵抗2の突起部2aに放電抵抗保持部13の嵌合部に挿入することで放電抵抗2をコンデンサ1に一体化させて保持することができる。
(【0031】以降は省略されています)

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