(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧機能部品を収容する筐体の少なくとも一部の壁体を中空構造とするとともに、
その中空部に液体またはゲル状の絶縁物質を充填して封止することで絶縁物質層を形成し、
上記絶縁物質層に臨んでいる壁体の一部には、絶縁物質を噴射するための噴射口部を具備させてあることを特徴とする高電圧機器の筐体構造。
【請求項２】
上記噴射口部は、通常時は閉塞している一方で、絶縁物質層の内圧上昇によって開き、絶縁物質を高電圧機能部品に向けて噴射するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の高電圧機器の筐体構造。
【請求項３】
上記噴射口部は破壊容易部をもって形成してあり、絶縁物質層の内圧上昇によって自己破壊することで絶縁物質を噴射するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の高電圧機器の筐体構造。
【請求項４】
上記噴射口部は、通常時は栓体によって閉塞してある一方で、絶縁物質層の内圧上昇によって栓体を押し開いて絶縁物質を噴射するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の高電圧機器の筐体構造。
【請求項５】
上記筐体が樹脂製のものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の高電圧機器の筐体構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧機器の筐体構造、特に電気自動車、電車、電動機等に搭載されているインバータやバッテリ等の高電圧機器の筐体構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車を含む電気自動車においては、一般的な１２Ｖバッテリとは別に例えばリチウムイオンバッテリ等の高電圧の走行用バッテリが搭載されていて、この走行用バッテリによって駆動モータによる走行駆動力を得るようにしている。そのため、かかる電気自動車では、万が一の衝突発生時にバッテリやインバータの高電圧に起因した火災、漏電、感電等が発生しないような対策が要求され、例えば特許文献１，２では、車両衝突時に高電圧電源回路を遮断する技術が提案されている。
【０００３】
また、特許文献１，２とほぼ同様の事項を目的として、特許文献３には、複数の電源部同士を連結するガイド部材を設けて、このガイド部材によって複数の電源部間を流れる空気を案内し、さらに当該ガイド部材の少なくとも一部を外力によって変形し易い構造とするとともに、ガイド部材自体に電気絶縁性を具備させたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５１１４０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３３４４８号公報
【特許文献３】特開２０１０−９８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２に記載されたものは、いずれも車両の衝突を感知して高電圧電源回路での通電を遮断する技術であるため、これらの技術とは別に、いわゆるフェイルセーフあるいは多重安全対策の観点から、例えば衝突等によるバッテリあるいはインバータの筐体破壊時に内部の配線等を物理的に絶縁して漏電防止を図る機能を搭載したいとの要請がある。
【０００６】
また、特許文献３に記載された技術では、ガイド部材による変形だけでは衝撃吸収効果に限界があり、衝突等によるバッテリあるいはインバータの筐体破壊時に内部の配線等を物理的に絶縁して漏電防止を図ることは難しい。
【０００７】
本発明はこのような要請に下になされたもので、例えば衝突等によってバッテリやインバータの筐体が破壊された場合に、内部の配線等を物理的に絶縁し、もって漏電防止を図ることができるようにした筐体構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、高電圧機能部品を収容する筐体の少なくとも一部の壁体を中空構造とするとともに、その中空部に液体またはゲル状の絶縁封止剤等の絶縁物質を充填して封止することで絶縁物質層を形成し、上記絶縁物質層に臨んでいる壁体の一部には、絶縁物質を噴射するための噴射口部を具備させてあることを特徴とする。
【０００９】
この場合において、請求項２に記載のように、上記噴射口部は、通常時は閉塞している一方で、絶縁物質層の内圧上昇によって開き、絶縁物質を高電圧機能部品に向けて噴射するようになっていることが望ましい。
【００１０】
より具体的には、請求項３に記載のように、上記噴射口部は破壊容易部をもって形成してあり、絶縁物質層の内圧上昇によって自己破壊することで絶縁物質を噴射するようになっていることが望ましい。
【００１１】
あるいは、請求項４に記載のように、上記噴射口部は、通常時は栓体によって閉塞している一方で、絶縁物質層の内圧上昇によって栓体を押し開いて絶縁物質を噴射するようになっていることが望ましい。
【００１２】
さらに、軽量化の観点からは、請求項５に記載のように、筐体そのものを樹脂製のものとすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、例えば衝突等によってインバータ等の高電圧機器の筐体が破壊された場合に、絶縁物質を内部の配線等に対して直接噴射して物理的に絶縁することができるため、漏電等の二次災害を未然に防止することができる。
【００１４】
また、請求項５に記載のように、筐体そのものを樹脂製のものとすれば、従来から一般的なアルミダイカスト製のものと比べて軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る筐体構造を実施するためのより具体的な第１の形態を示す図で、電気自動車における走行用モータのインバータの一例を示す概略説明図。
【図２】図１におけるインバータの水平断面説明図。
【図３】図２のＭ１部の拡大図で、（Ａ）は噴射口部が閉塞された状態を示す説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）の状態から噴射口部が開口形成された状態を示す説明図。
【図４】本発明に係る筐体構造を実施するための第２の形態を示す図で、図２と同等部位の水平断面説明図。
【図５】図４のＭ２部の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１〜３は本発明に係る筐体構造を実施するためのより具体的な第１の形態を示していて、特に図１は高電圧機器の一例としてハイブリッド車または電気自動車に搭載される走行用モータのインバータ１の外観形状を示し、また図２は上記インバータ１の水平断面図を示している。
【００１７】
図１，２に示すように、インバータ１は、筐体としての略ボックス状のインバータケース２内に、パワー半導体であるＩＧＢＴ等の半導体素子５，５‥等を配置した基板６を付帯機器とともに収容して密閉したものである。インバータケース２は機械的強度に優れた樹脂製のケース本体３と同じく樹脂製のカバー４とからなり、上記基板６等をケース本体３内に収容した上でカバー４がボルト７等にて着脱可能に装着されて気密性、水密性が確保される。なお、外部機器との接続のためにインバータケース２からは電極８が露出している。また、インバータ１は例えばモータルーム内のうち高剛性のフレームで囲まれた部分に配置される。
【００１８】
図２に示すように、平面視にて矩形状をなすケース本体３は、その四周の側壁部９がいわゆる二重壁構造または中空構造となっていて、内壁９ａと外壁９ｂとの間にはそれらの内外壁９ａ，９ｂと相似形に中空部１０が確保されている。そして、その中空部１０には液体またはゲル状の絶縁物質として例えばゲル状の絶縁封止剤１１ａが注入または充填されて絶縁物質層１１となっていて、側壁部９単独の状態またはケース本体３にカバー４が装着されることで、そのゲル状の絶縁封止剤１１ａが注入または充填された中空部１０が封止されている。
【００１９】
また、上記中空部１０の絶縁物質層１１に直接臨むことになる内壁９ａの長辺相当部には、後述するように噴射口部１２と化することが可能な破壊容易部１３を複数個並設してある。同様に外壁９ｂの長辺相当部の一部にも破壊容易部１３を形成してある。
【００２０】
これらの噴射口部１２としての破壊容易部１３は、図３の（Ａ）に示すように、板厚の薄肉化を図るべく段状部１４を形成した上で、さらに断面Ｖ字状またはＵ字状をなす小さな円形のスリット１５をもって意図的に剛性を弱めてあるとともに、そのスリット１５の内側の円形壁部１６を隔離しつつ比較的容易に抜き落とし可能としてあり、後述するように外力で円形壁部１６をスリット１５から抜き落とせば、結果として同図（Ｂ）に示すように円形の噴射口部１２が形成されることになる。
【００２１】
なお、図２での上半部では上記変形壁部１６が抜き落とされて噴射口部１２が形成された状態を、同図の下半部は上記噴射口部１２が円形壁部１６で閉塞された状態をそれぞれ示している。
【００２２】
したがって、このように構成されたインバータ１によれば、図２の下半部に示すように、筐体であるインバータケース２のケース本体３の中空部１０に絶縁封止剤１１ａによる絶縁物質層１１が密閉された上で封止されているため、通常時はこの状態で保持している。そのため、絶縁封止剤１１ａが封入されて絶縁物質層１１を形成してはいても、インバータケース２そのものが樹脂製のものであるため、アルミダイカスト製の従来の一般的なものと比べれば、その軽量化が図られていることになる。
【００２３】
その一方、車両の衝突等の際には、インバータ１は先に述べたように高剛性のフレーム等にて保護されていることになるが、万が一インバータ１に例えば図２のような荷重Ｆが加わった場合、筐体であるインバータケース２のケース本体３は外力による破壊によってその変形が余儀なくされる。ケース本体３が変形すると、絶縁物質層１１が封入されている中空部１０の内圧が上昇し、各破壊容易部１３が噴射口部１２として機能することになる。
【００２４】
すなわち、図２の上半部のほか図３に示したように、破壊容易部１３では、断面Ｕ字状またはＶ字状をなす小さな円形のスリット１５をもって意図的に剛性を弱めてあるとともに、そのスリット１５の内側の円形壁部１６を隔離しつつ比較的容易に抜き落とし可能としてあるので、絶縁物質層１１でもある中空部１０の内圧が上昇すれば、いわゆる自己破壊を起こして円形壁部１６がスリット１５から抜き落とされて、結果として図３の（Ｂ）に示すように円形の噴射口部１２が開口形成される。この噴射口部１２の開口に伴い絶縁物質層１１を形成している絶縁封止剤１１ａがインバータケース３の内部および外部の一部に勢いよく噴射されて、半導体素子５等を覆うことになる。そして、配線の断線が発生しているか否かにかかわらず、半導体素子５等の周囲の所定部位を絶縁封止剤１１ａにて物理的に絶縁し、もって漏電等の二次災害を未然に防止することが可能となる。
【００２５】
図４，５は本発明に係る筐体構造を実施するための第２の形態を示していて、先の図２，３と共通する部分には同一符号を付してある。
【００２６】
この第２の形態では、筐体であるインバータケース１のケース本体３およびカバー４を金属製のもの、例えば従来と同様にアルミダイカスト製のものとした上で、平面視にて矩形状をなすケース本体３は、その四周の側壁部１９がいわゆる二重壁構造または中空構造となっていて、内壁１９ａと外壁１９ｂとの間にはそれらの内外壁１９ａ，１９ｂと相似形に中空部１０が確保されている。そして、その中空部１０には液体またはゲル状の絶縁物質として例えばゲル状の絶縁封止剤１１ａが注入または充填されて絶縁物質層１１となっていて、側壁部１９単独の状態またはケース本体３にカバー４が装着されることで、そのゲル状の絶縁封止剤１１ａが注入または充填された中空部１０が封止されている。
【００２７】
また、上記中空部１０の絶縁物質層１１に直接臨むことになる内壁９ａの長辺相当部には、円形の噴射口部２２を複数個並設するかたちで開口形成してある。同様に外壁１９ｂの長辺相当部の一部にも噴射口部２２を形成してある。そして、図５に示すように、それぞれの噴射口部２２にはプラグあるいはグロメット等の例えばゴム製の栓体２３を着脱可能に装着して閉塞してある。
【００２８】
なお、図２と同様に、図４での上半部では栓体２３が外されて噴射口部２２が形成された状態を、同図の下半部は上記噴射口部２２が栓体２３にて閉塞された状態をそれぞれ示している。
【００２９】
したがって、この第２の形態では、図４の下半部および図５に示すように、それぞれの噴射口部２２が栓体２３にて閉塞されていて、筐体であるインバータケース２のケース本体３の中空部１０に絶縁物質層１１が密閉された上で封止されているため、通常時はこの状態で保持している。
【００３０】
その一方、車両の衝突等の際に、インバータケース１のケース本体３が外力により変形すると、絶縁物質層１１が封入されている中空部１０の内圧が上昇する。この内圧上昇に伴い、それぞれの噴射口部２２をそれまで閉塞していた栓体２３が抜き落とされるようにして外れて、噴射口部２２が本来の機能を発揮することになる。これにより、先の第１の形態と同様に、すなわち、図４の上半部に示すように、各噴射口部２２から絶縁物質層１１を形成している絶縁封止剤１１ａが噴射されて、半導体素子５等の周囲の所定部位を絶縁封止剤１１ａにて覆いつつ物理的に絶縁することになる、これにより漏電等の二次災害を未然に防止することが可能となる。
【００３１】
なお、この第２の形態においても、ケース本体３の肉厚によっては噴射口部２２を第１の形態と同様の破壊容易部１３をもって構成することも可能である。
【００３２】
ここで、上記第１，第２の形態では、電気自動車のインバータ１を例にとって説明したが、本発明の適用対象は必ずしもインバータには限定されない。上記第１，第２の形態でも述べたように、本発明の特徴はその筐体の構造を特徴とするものであるから、例えばリチウムイオンタイプ等のバッテリのほか、同種または類似の高電圧機器であれば同様に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１…インバータ（高電圧機器）
２…インバータケース（筐体）
３…ケース本体
４…カバー
９…側壁部
９ａ…内壁
９ｂ…外壁
１０…中空部
１１…絶縁物質層
１１ａ…絶縁封止剤
１２…噴射口部
１３…破壊容易部
１９…側壁部
１９ａ…内壁
１９ｂ…外壁
２２…噴射口部
２３…栓体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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