(57)【要約】      （修正有）【課題】車両に搭載されるコンデンサ装置において、熱応力による構成部品の損傷を抑制することができる技術を提供する。【解決手段】コンデンサ装置３０は、コンデンサ素子６２を樹脂ケース７０に収容して形成されるコンデンサユニット６０と、コンデンサユニット６０を収容する金属製のコンデンサケース４０とを備える。樹脂ケース７０にはフランジ７２が設けられており、そのフランジ７２には長孔７４が設けられている。コンデンサケース４０には、長孔７４に挿通されたボルト８０が螺入されるネジ孔４６が設けられている。長孔７４の長手方向は、コンデンサユニット６０の中心から放射方向に沿っている。そして、ボルト８０には、長孔７４と係合してフランジ７２のボルト挿通方向の移動を制限するとともに長孔７４の長手方向の移動を許容する係合片が取り付けられている。【選択図】図３
2014022590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の材料でコンデンサを被覆して形成されたコンデンサユニットと、
第１の材料とは熱膨張率が異なる第２の材料で形成されており、コンデンサユニットを収容するケースと、を備え、
コンデンサユニットにフランジが設けられており、
フランジを貫通し、その貫通方向から見て細長の長孔がフランジに設けられており、
長孔に挿通されたボルトが螺入されるネジ孔がケースに設けられており、
長孔の長手方向は、ケースに収容された状態のコンデンサユニットを、ケースの開口部側から平面視した場合において、コンデンサユニットの中心から放射方向に沿っており、
ボルトには、長孔と係合してフランジのボルト挿通方向の移動を制限するとともに前記長手方向の移動を許容する係合片が取り付けられている、
車両用コンデンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、車両に搭載されるコンデンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されるコンデンサ装置が提案されている。例えば特許文献１には、コンデンサと、コンデンサの周囲を被覆する樹脂ケースと、樹脂ケースを収容する金属製のコンデンサケースとを備えるコンデンサ装置が開示されている。特許文献１の技術では、コンデンサを被覆した樹脂ケースを、コンデンサケースに収容した状態で、樹脂ケースに形成されたボルト孔とコンデンサケースに形成されたボルト孔とにボルトを螺入することによって、樹脂ケースをコンデンサケースに固定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７７０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のコンデンサ装置では、樹脂製の樹脂ケースの熱膨張率は、金属製のコンデンサケースの熱膨張率より大きい。そのため、例えば、コンデンサの発熱等によってその温度が上昇すると、樹脂ケースが、コンデンサケースより大きく膨張変形しようとする。しかしながら、樹脂ケースとコンデンサケースとはボルトによって互いに固定されているため、樹脂ケースに大きい熱応力が作用し、樹脂ケースが損傷するおそれがある。本明細書では、車両に搭載されるコンデンサ装置において、熱応力による構成部品の損傷を抑制することができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する車両用コンデンサ装置は、第１の材料でコンデンサを被覆して形成されたコンデンサユニットと、第１の材料とは熱膨張率が異なる第２の材料で形成されており、コンデンサユニットを収容するケースとを備える。コンデンサユニットには、フランジが設けられており、そのフランジには貫通孔が設けられている。貫通孔は、貫通方向から見ると細長である。以下、フランジに設けられた貫通孔を長孔と称する。ケースには、長孔に挿通されたボルトが螺入されるネジ孔が設けられている。長孔の長手方向は、ケースに収容された状態のコンデンサユニットを、ケースの開口部側から平面視した場合において、コンデンサユニットの中心から放射方向に沿っている。そして、ボルトには、長孔と係合してフランジのボルト挿通方向の移動を制限するとともに、長孔の長手方向の移動を許容する係合片が取り付けられている。
【０００６】
上記の構成によると、コンデンサユニットはボルトと係合片によってケースに取り付けられるが、長孔の長手方向に沿ってフランジが移動することは許容される。ここで、長孔の長手方向は、コンデンサユニットの中心から放射方向に沿っているが、その方向は、コンデンサを被覆する第１の材料が熱膨張（又は熱収縮）する場合に、その第１の材料が膨張する方向（又は収縮する方向）に相当する。そのため、上記の構成によると、コンデンサユニット及びケースが異なる膨張率で熱膨張（又は熱収縮）しても、ケースとコンデンサユニット（フランジ）の位置のずれは、長孔におけるボルトの位置の変化として吸収される。その結果、コンデンサユニット（フランジ）及びケースに作用する熱応力を緩和することができる。従って、熱応力による構成部品の損傷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】電気自動車のシステム構成を示す図。
【図２】コンデンサ装置を示す平面図。
【図３】図２のIII−III断面図。
【図４】樹脂ケースのフランジ部分の拡大平面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
【０００９】
（特徴１）第１の材料は樹脂であり、第２の材料は金属である。第１の材料の熱膨張率は第２の材料の熱膨張率より大きい。
【００１０】
（実施例）
本実施例のコンデンサ装置は、電気自動車２に搭載される。まず、電気自動車２のシステムにおけるコンデンサの役割を説明する。図１に、電気自動車２のシステム構成を示す。電気自動車２は、バッテリ１０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１２と、モータ１４と、動力伝達機構１６とを備える。
【００１１】
バッテリ１０は、モータ１４を駆動するための電力を蓄えるバッテリである。バッテリ１０は、典型的には、リチウムイオン電池や、ニッケル水素電池である。他の例では、バッテリ１０に代わる直流電源として、燃料電池を用いることもできる。
【００１２】
ＰＣＵ１２は、バッテリ１０とモータ１４との間に設けられている。ＰＣＵ１２は、図示しないコンバータ２１と、コンデンサ２３、２４と、インバータ２２とを含む。
【００１３】
コンバータ２１は、昇圧機能を備えた電圧コンバータである。コンバータ２１は、バッテリ１０の出力電圧（例えば３００Ｖ）を、モータ駆動に適した電圧（例えば６５０Ｖ）に変更（昇圧）する。図１に示すように、コンバータ２１は、リアクトル、スイッチング素子（具体的にはトランジスタ）、及びダイオードで構成されている。コンバータの回路構成は良く知られているので、本明細書ではその説明は省略する。
【００１４】
インバータ２２は、コンバータ２１が出力した直流電力を交流電力に変換してモータ１４へ出力する。インバータ２２の出力によってモータ１４が駆動される。モータ１４の出力軸は動力伝達機構１６を介して車輪１８に伝達される。図１に示すように、インバータ２２は、２個のスイッチング素子の直列接続の組が３セット並列に接続した回路構成を有している。各スイッチング素子にはダイオードが逆並列に接続されている。インバータ２２を制御するコントローラ（不図示）が、車速、アクセル開度などから、インバータ２２の出力電流の周波数を決定し、その周波数の交流が出力されるように、各スイッチング素子への駆動指令（ＰＷＭ信号）を決定する。インバータの回路構成も良く知られているので詳しい説明は省略する。
【００１５】
コンデンサ２３は、バッテリ１０とコンバータ２１との間に設けられており、コンバータ２１への入力電流の脈動を抑える平滑コンデンサとして機能する。また、コンデンサ２４は、コンバータ２１とインバータ２２の間にも設けられており、コンバータ２１からインバータ２２へ入力される電流の脈動を抑える平滑コンデンサとして機能する。電気自動車の走行用モータの出力は数十キロワットであり大電流を要する。すなわち、コンバータ２１、インバータ２２は大電流を扱う、それゆえ、コンデンサ２３、２４も大容量のものが必要になる。回路図で表したコンデンサ２３、２４は、ハードウエアとしては、図２に示すコンデンサ装置３０にまとめられ、電気自動車２に搭載されている。
【００１６】
次いで、図２〜図５を用いて、コンデンサ装置３０の構成を説明する。図２に示すように、コンデンサ装置３０は、コンデンサユニット６０と、コンデンサケース４０とを有している。コンデンサ装置３０は、上面開口のコンデンサケース４０内にコンデンサユニット６０を収容し、ボルト８０によってコンデンサケース４０にコンデンサユニット６０を固定して形成されている。
【００１７】
コンデンサユニット６０は、コンデンサ素子６２と、モールド樹脂６４と、樹脂ケース７０とを有している。コンデンサ素子６２が、上記したコンデンサ２３、２４に相当する。コンデンサ素子６２は、例えば、耐圧性に優れたフィルムコンデンサである。
【００１８】
モールド樹脂６４は、樹脂ケース７０内に充填された樹脂であり、コンデンサ素子６２の周囲を取り囲むように設けられている。モールド樹脂６４は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）又はＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）を材料とする。
【００１９】
樹脂ケース７０は、コンデンサ素子６２及びモールド樹脂６４を収容するケースである。樹脂ケース７０も、例えば、ＰＰＳ又はＰＢＴを材料とする。図３に示すように、樹脂ケース７０は、上面開口の容器である。図２に示すように、樹脂ケース７０の上面の開口縁部には、４個のフランジ７２が設けられている。
【００２０】
各フランジ７２には、長孔７４が形成されている。長孔７４は、フランジ７２を厚さ方向に貫通する孔である。長孔７４は、その貫通方向から見ると細長である。長孔７４の長手方向は、図２に示すように、コンデンサケース４０に収容された状態のコンデンサユニット６０を、コンデンサケース４０の開口部側から平面視した場合において、コンデンサユニット６０の中心Ｏから放射方向（直線Ｘ及びＹの方向）に沿っている。この長孔７４の長手方向は、樹脂ケース７０が熱膨張又は熱収縮する場合に、樹脂ケース７０が膨張又は収縮する方向に相当する。
【００２１】
図４に示すように、長孔７４内には、略円筒形状の係合片７６が備えられている。係合片７６には、ボルト８０を挿通（螺入）可能である。係合片７６は、長孔７４の長手方向に沿って長孔７４内を移動可能である（矢印９０参照）。また、図５に示すように、長孔７４の内周面には、長孔７４の長手方向に沿って凸部７５が形成されており、係合片７６の外周面には、凸部７５と係合可能な凹部７７が形成されている。図５に示すように、長孔７４の内周面の凸部７５と係合片７６の外周面の凹部７７とが係合されることにより、長孔７４の深さ方向（矢印９２参照）に係合片７６が移動することが制限されている。
【００２２】
図２に示すように、コンデンサケース４０は、コンデンサユニット６０を収容するケースである。コンデンサケース４０は、例えば、アルミ等の金属によって形成されている。従って、本実施例では、コンデンサケース４０の熱膨張率より、樹脂ケース７０の熱膨張率の方が大きい。図３に示すように、コンデンサケース４０は、上面開口の容器である。コンデンサケース４０の開口部４２の周囲には、固定部４４が設けられている。固定部４４は、コンデンサケース４０内にコンデンサユニット６０を収容した際に、４個のフランジ７２が載置されるように形成されている。固定部４４の上面には、ボルト８０を螺入可能なネジ孔４６が形成されている。
【００２３】
コンデンサ装置３０の組み立て方法について説明する。まず、コンデンサケース４０の開口部４２に、コンデンサユニット６０を挿入して、コンデンサユニット６０をコンデンサケース４０に収容する。上記の通り、４個のフランジ７２は、それぞれ、固定部４４上に載置される。この際、図３に示すように、コンデンサユニット６０の外壁面と、樹脂ケース７０の内壁面との間には隙間５０が形成される。
【００２４】
次いで、ボルト８０を、長孔７４内の係合片７６に挿通させるとともに、固定部４４のネジ孔４６に螺入する。これにより、コンデンサケース４０とコンデンサユニット６０とが固定され、コンデンサ装置３０が形成される。この結果、コンデンサユニット６０は、ボルト８０と係合片７６によってコンデンサケース４０に取り付けられるが、長孔７４の長手方向に沿ってフランジ７２が移動することは許容される（図４の矢印９０参照）。
【００２５】
次に、コンデンサ素子６２の発熱等によって、コンデンサ装置３０で熱膨張が起こる場合の各構成部品の動きを説明する。例えば、コンデンサ素子６２が発熱し、コンデンサ素子６２を収容する樹脂ケース７０と、樹脂ケース７０を収容するコンデンサケース４０とが加熱されると、樹脂ケース７０とコンデンサケース４０はそれぞれ熱膨張する。上記の通り、樹脂ケース７０の熱膨張率は、コンデンサケース４０の熱膨張率よりも大きい。図３に示すように、樹脂ケース７０は、ボルト８０を通すフランジ７２の他では、コンデンサケース４０との間に隙間５０がある。それゆえ、樹脂ケース７０がコンデンサケース４０よりも大きく膨張しても、フランジ７２以外では、樹脂ケース７０がコンデンサケース４０に触れることはない。本実施例では、長孔７４の長手方向に沿ってフランジ７２が移動することは許容される。また、フランジ７２に形成された長孔７４の長手方向は、樹脂ケース７０が膨張する方向に沿っている。そのため、樹脂ケース７０とコンデンサケース４０とが異なる膨張率で熱膨張しても、コンデンサケース４０とコンデンサユニット６０のフランジ７２との位置のずれは、長孔７４におけるボルト８０（係合片７６）の位置の変化として吸収される（図４の矢印９０参照）。この結果、コンデンサユニット６０（フランジ７２）及びコンデンサケース４０に作用する熱応力を緩和することができる。言い換えると、樹脂ケース７０とコンデンサケース４０とが異なる膨張率で熱膨張することに伴って、コンデンサケース４０のネジ孔４６に螺入されたボルト８０が、長孔７４の長手方向に沿って移動することにより、コンデンサユニット６０（フランジ７２）及びコンデンサケース４０に作用する熱応力を緩和することができる。従って、本実施例のコンデンサ装置３０は、熱膨張が起こる場合に、熱応力による構成部品の損傷を抑制することができる。
【００２６】
さらに、コンデンサ装置３０で熱収縮が起こる場合の各構成部品の動きについても説明する。例えば、コンデンサ素子６２の発熱が終了し、樹脂ケース７０とコンデンサケース４０とが冷却されると、樹脂ケース７０とコンデンサケース４０はそれぞれ熱収縮する。上記の通り、フランジ７２に形成された長孔の長手方向は、樹脂ケース７０が収縮する方向に沿っているため、樹脂ケース７０とコンデンサケース４０とが異なる膨張率で熱収縮しても、コンデンサケース４０とコンデンサユニット６０のフランジ７２との位置のずれは、長孔７４におけるボルト８０の位置の変化として吸収される（図４の矢印９０参照）。この結果、コンデンサユニット６０（フランジ７２）及びコンデンサケース４０に作用する熱応力を緩和することができる。従って、本実施例のコンデンサ装置３０は、熱収縮が起こる場合に、熱応力による構成部品の損傷を抑制することができる。
【００２７】
以上、電気自動車２に搭載されるコンデンサ装置３０について説明した。本実施例と特許請求の範囲の記載の対応関係を説明しておく。樹脂ケース７０を形成するＰＰＳ又はＰＢＴが「第１の材料」の一例である。コンデンサケース４０を形成する金属が「第２の材料」の一例である。また、コンデンサケース４０が「ケース」の一例である。
【００２８】
以上、実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、以下の変形例を含んでもよい。
【００２９】
（変形例１）  コンデンサユニット６０は、樹脂ケース７０を備えていなくてもよい。その場合、コンデンサ素子６２の周囲を被覆するモールド樹脂６４が、樹脂ケース７０と同様の形状に形成されていればよい。即ち、モールド樹脂６４の一部として、４個のフランジ７２が形成されていればよい。この変形例も「第１の材料でコンデンサを被覆して形成されたコンデンサユニット」の一例に含まれる。
【００３０】
（変形例２）  上記実施例では、樹脂ケース７０をＰＰＳ又はＰＢＴで形成し、コンデンサケース４０をＡｌで形成している。樹脂ケース７０とコンデンサケース４０の素材は上記の素材には限られず、熱膨張率が異なる素材であれば、任意の素材を用いることができる。
【００３１】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３２】
２：電気自動車
１０：バッテリ
１２：ＰＣＵ
１４：モータ
１６：動力伝達機構
２１：コンバータ
２２：インバータ
２３、２４：コンデンサ
３０：コンデンサ装置
４０：コンデンサケース
４２：開口部
４４：固定部
４６：ネジ孔
５０：隙間
６０：コンデンサユニット
６２：コンデンサ素子
６４：モールド樹脂
７０：樹脂ケース
７２：フランジ
７４：長孔
７５：凸部
７６：係合片
７７：凹部
８０：ボルト
【図１】
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【図２】
2014022590.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014022590.tif 000006
【図５】
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