特表 2023-535597 パワーエレクトロニクス装置用の防爆ハウジング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-18

(54)【発明の名称】パワーエレクトロニクス装置用の防爆ハウジング

(51)【国際特許分類】

   H02B 1/28 20060101AFI20230810BHJP

   H05K 5/06 20060101ALI20230810BHJP

【ＦＩ】

H02B1/28 G

H05K5/06 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023505394

(86)(22)【出願日】2021-07-26

(85)【翻訳文提出日】2023-03-15

(86)【国際出願番号】 EP2021070851

(87)【国際公開番号】W WO2022023264

(87)【国際公開日】2022-02-03

(31)【優先権主張番号】102020119779.9

(32)【優先日】2020-07-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515078095

【氏名又は名称】エスエムエイ ソーラー テクノロジー アクティエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＳＭＡ Ｓｏｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001302

【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】ミューラー，シュテフェン

(72)【発明者】

【氏名】テロー，ワイジ

【テーマコード（参考）】

4E360

5G016

【Ｆターム（参考）】

4E360AB33

4E360CA02

4E360ED02

4E360ED23

4E360GA42

4E360GB92

4E360GC14

5G016CC17

5G016CH05

(57)【要約】

本発明は、パワーエレクトロニクス機器用のハウジング（１）に関し、このハウジングは、パワーエレクトロニクス部品を受け入れるためのトレイ（２）と、閉じたハウジング（１）が形成されるようにトレイ（２）上に配置するためのカバー（３）とを備える。カバー（３）は、複数の固定ネジ（４）によりトレイ（２）に固定されている。少なくとも１の開口要素が設けられ、この開口要素は、固定ネジ（４）の１つによって形成され、その各々が、変形構造（１４．ｎ）を有するスリーブ（５）を通して案内され、このスリーブが、固定ネジ（４）のネジ頭とハウジング（１）との間に配置され、押圧力が、スリーブ（５）を介してカバー（３）とトレイ（２）との間にネジ頭によって加えられるようになっている。変形構造（１４．ｎ）は、押圧力を超える爆発力の影響下で、スリーブ（５）が変形構造（１４．ｎ）により規定される方法で圧縮されて、カバー（３）とトレイ（２）との間に所定幅のギャップ（１１）が形成されるように設計されている。
【選択図】図１ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パワーエレクトロニクス装置用のハウジング（１）であって、
－パワーエレクトロニクス部品を受け入れるためのトレイ（２）と、
－閉じたハウジング（１）が形成されるように、前記トレイ（２）上に取り付けるためのカバー（３）とを備え、
前記カバー（３）が、複数の固定ネジ（４）によって前記トレイ（２）上に固定される、ハウジングにおいて、
少なくとも１の開口要素が設けられ、この開口要素は、複数の固定ネジ（４）のうちの固定ネジによって形成され、その各々が、変形構造（１４．ｎ）を有する開口スリーブ（５）を通って案内され、前記スリーブが、前記固定ネジ（４）のネジ頭と前記ハウジング（１）との間に配置され、それにより押圧力が、前記開口スリーブ（５）を介して前記カバー（３）と前記トレイ（２）と間に前記固定ネジ（４）のネジ頭によって加わるようになっており、
前記押圧力を超える爆発力の影響下で、前記開口スリーブ（５）が前記変形構造（１４．ｎ）により規定される方法で圧縮されて、前記カバー（３）と前記トレイ（２）との間に予め設定された幅のギャップ（１１）が形成されるように、前記変形構造（１４．ｎ）が形成されていることを特徴とするハウジング。

【請求項2】

請求項１に記載のハウジング（１）において、
少なくとも１の追加的な制動要素が設けられ、
前記少なくとも１の追加的な制動要素が、ネジ（４ａ）と、変形構造（１４．ｎ）を有する更なるスリーブ（５ａ）とを備え、前記ネジ（４ａ）が、前記更なるスリーブ（５ａ）を通って案内され、
前記更なるスリーブ（５ａ）が、前記ギャップ（１１）の予め設定された最小幅からのみ前記変形構造（１４．ｎ）によって規定される方法で圧縮可能であるように、前記更なるスリーブ（５ａ）が、前記ネジ（４ａ）のネジ頭と前記ハウジング（１）との間に配置されていることを特徴とするハウジング。

【請求項3】

請求項２に記載のハウジング（１）において、
前記追加的な制動要素のネジ頭（４ａ）およびスリーブ（５ａ）が、互いに距離を置いて配置され、この距離が、前記予め設定された最小幅の関数として選択されていることを特徴とするハウジング。

【請求項4】

請求項３に記載のハウジング（１）において、
前記追加的な制動要素のネジ（４ａ）が、ネジのシャンク全体にわたって延びる連続するネジ山を有することを特徴とするハウジング。

【請求項5】

請求項１または２に記載のハウジング（１）において、
前記固定ネジ（４）および前記追加的な制動要素のネジ（４ａ）が、前記カバー（３）とは反対側の前記トレイ（２）の側に配置されていることを特徴とするハウジング。

【請求項6】

請求項５に記載のハウジング（１）において、
前記固定ネジ（４）および前記追加的な制動要素のネジ（４ａ）が、前記カバー（３）のネジ山（７）にそれぞれねじ込まれていることを特徴とするハウジング。

【請求項7】

請求項５または６に記載のハウジング（１）において、
前記固定ネジ（４）および前記追加的な制動要素のネジ（４ａ）が、前記トレイ（２）のガイドチャネルにそれぞれ配置されていることを特徴とするハウジング。

【請求項8】

請求項７に記載のハウジング（１）において、
圧縮されたスリーブ（５）がガイドチャネル（１０）に接触するように、前記スリーブ（５）の領域における前記ガイドチャネル（１０）の断面が選択されていることを特徴とするハウジング。

【請求項9】

請求項１～８の何れか一項に記載のハウジング（１）において、
前記複数の固定ネジ（４）のうちの各固定ネジ（４）が、変形構造（１４．ｎ）を有するスリーブ（５）を通ってそれぞれ案内されることを特徴とするハウジング。

【請求項10】

請求項１～９の何れか一項に記載のハウジング（１）において、
前記開口要素および前記追加的な制動要素のスリーブ（５、５ａ）が、ネジ／固定ネジ（４、４ａ）のシャンクに取り付けられたときに喪失しないよう保持されるように予め形成されていることを特徴とするハウジング。

【請求項11】

請求項１～１０の何れか一項に記載のハウジング（１）において、
前記スリーブ（５、５ａ）が、ネジ止め前に前記トレイ（２）上に圧入スリーブとして形成されていることを特徴とするハウジング。

【請求項12】

請求項１～１１の何れか一項に記載のハウジング（１）において、
前記トレイ（２）が整形構造を有し、前記整形構造の上にスリーブ（５、５ａ）が取り付けられ、前記整形構造が、爆発力の作用下でのスリーブ（５、５ａ）の変形を決定するように設計されていることを特徴とするハウジング。

【請求項13】

請求項１～１２の何れか一項に記載のハウジング（１）において、
前記変形構造（１４．ｎ）が、少なくとも部分的にスロットとして形成されていることを特徴とするハウジング。

【請求項14】

請求項１～１３の何れか一項に記載のハウジング（１）において、
前記スリーブ（５、５ａ）が、少なくとも３つの長手方向に延びるスロットを有することを特徴とするハウジング。

【請求項15】

請求項１～１４の何れか一項に記載のハウジング（１）において、
前記変形構造（１４．ｎ）が、少なくとも部分的に穴として形成されていることを特徴とするハウジング。

【請求項16】

請求項１～１５の何れか一項に記載のハウジング（１）において、
前記変形構造（１４．ｎ）は、スリーブ材料を除去することによって生成されたものであることを特徴とするハウジング。

【請求項17】

請求項１～１６の何れか一項に記載のハウジング（１）において、
前記変形構造（１４．ｎ）が、エンボス加工された構造であることを特徴とするハウジング。

【請求項18】

請求項２～１７の何れか一項に記載のハウジング（１）において、
固定ネジ（４）およびスリーブ（５）を有する開口要素と、ネジ（４ａ）および更なるスリーブ（５ａ）を有する制動要素とが、前記トレイ上に前記カバーを取り付けて固定するために、前記ハウジングの周縁部に沿って交互に設けられていることを特徴とするハウジング。

【請求項19】

請求項１８に記載のハウジング（１）において、
前記ハウジング（１）が矩形の基本形状を有し、前記開口要素が、長手方向の側部の中央に配置され、前記追加的な制動要素が、コーナーの領域に配置されていることを特徴とするハウジング。

【請求項20】

請求項２～１９の何れか一項に記載のハウジング（１）において、
前記追加的な制動要素のスリーブ（５ａ）の変形構造（１４．ｎ）が、前記ネジ頭（４ａ）に面するその開始領域において、スリーブ（５ａ）の残りの領域よりも延性が高くなるように設計されていることを特徴とするハウジング。

【請求項21】

請求項１～２０の何れか一項に記載のハウジング（１）において、
前記複数の固定ネジ（４）のうちの少なくとも１つおよび／またはネジ（４）が、ネジ頭に対して中央に前記スリーブ（５）および／または更なるスリーブ（５ａ）を押圧するためのセンタリング要素（２５）を含むことを特徴とするハウジング。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パワーエレクトロニクス装置用のハウジングに関する。この場合、ハウジングのカバーは、ハウジング内部で爆発が起こった際にハウジング本体の残りの部分に確実に保持されるように固定される。

【背景技術】

【0002】

パワーエレクトロニクス装置、例えば直流として供給される入力電力を交流として供給される出力電力に変換するためのインバータでは、これらの装置のハウジングの内部で、例えばコンデンサや回路遮断モジュールなどの部品が爆発する可能性があり、その爆発圧力は、技術的進歩により電力密度が継続的に増加するに連れて増加する。現在のところ、そのような装置のハウジング設計に関する安全規制は不十分であるため、爆発により分離したハウジングの部品が飛散することにより、装置の周囲にいた人が負傷する事故が既に報告されている。

【0003】

このため、爆発が起きてもハウジングの部品が外れないようにハウジングを形成する解決策が存在する。不必要に安定した（よって材料集約的な）ハウジング形態を製造する必要性を回避するために、爆発の際に、第１のハウジング部品としてのカバーが第２のハウジング部品としてのトレイから制御された方法で分離して、出口ギャップを形成し、爆発圧力が出口ギャップを通って逃げることができるようにハウジングを設計することが有利であると考えられる。

【0004】

この目的のために、文献ＤＥ２０２０１４１００４８６Ａ１は、閉じたリングを有する変形可能な留め要素を介してカバーとトレイを接続し、留め要素を、カバーとハウジングに反対側の部分でそれぞれねじ止めすることを提案している。しかしながら、そのような留め要素は、かなりの設置スペースを必要とし、よって、選択された用途にしか適していない。

【0005】

代替的に、ＤＥ２０２０１５１０６６５７Ｕ１では、ハウジング内の内圧が所定の限界値を超えたときにハウジング本体とハウジングカバーとの間にギャップが形成されるように、ハウジング本体またはハウジングカバーをそれらの取付点で凹部により取り囲むことが提案されている。そのようなハウジングの設計も、選択された用途に限られており、特に、冷間成形によってシートメタルから形成されたハウジング部品に適している。

【0006】

しかしながら、ハウジング内部の爆発の際に、カバーに作用する所与の爆発荷重によってハウジングカバーが完全に離脱するのを避けるために、最小限の設計変更および製造上の努力で既存のタイプのハウジングカバーを変更することが望まれる場合もしばしばある。

【発明の概要】

【0007】

このため、本発明は、設計上の努力をほとんど必要とせずに、安価に製造することができ、爆発時にハウジングに確実に取り付けられた状態を維持するハウジングカバーを提供するという課題に対処する。

【0008】

この課題は、請求項１の特徴を有するハウジングによって解決される。好ましい実施形態は、従属請求項において見出すことができる。

【0009】

第１の態様では、本発明は、パワーエレクトロニクス装置のためのハウジングに関する。このハウジングは、パワーエレクトロニクス部品を受け入れるためのトレイと、閉じたハウジングが形成されるようにトレイ上に取り付けるためのカバーとを備える。カバーは、複数の固定ネジによってトレイ上に固定される。少なくとも１の開口要素が設けられ、この開口要素が、固定ネジのうちの１つによって形成され、その各々が、変形構造を有するスリーブを通して案内され、前記スリーブが、固定ネジのネジ頭とハウジングとの間に配置され、押圧力が、スリーブを介してカバーとトレイとの間にネジ頭によって加えられる。この場合、スリーブは、材料、材料の厚さおよび形状に関して、カバーをトレイに固定するために作用する押圧力が、スリーブの大きな変形をもたらさないように形成されている。押圧力を超える爆発力（その爆発が例えばパワーエレクトロニクス部品の爆発によって引き起こされる）の影響下で、ハウジングの内部に過剰な圧力が形成される結果として、スリーブが変形構造により規定される方法で圧縮されて、カバーとトレイとの間に予め設定された幅のギャップが形成されるように、スリーブの変形構造が形成されている。

【0010】

好ましい実施形態では、固定ネジのネジ頭が、カバーとは反対側のトレイの側に配置される。好ましくは、固定ネジは、カバーの相手ネジのネジ山と係合する。相手ネジは、ネジ接続がトレイから離れる方向を向くカバーの側から見えないように、ブラインドネジとして形成することができる。ブラインドネジは、カバーの材料に直接切り込むことができ、またはネジ付きスリーブとしてトレイ側のカバーに、例えば圧入することによって取り付けることができる。

【0011】

ギャップの形成により、過剰な圧力をハウジングの内部から逃がすことができ、カバーはトレイに固定されたままである。固定ネジが相手ネジから引き抜かれることによってトレイとカバーが互いに分離する危険性に対抗するために、爆発力が作用した瞬間のスリーブの圧縮は、爆発による過剰な圧力が逃げる前においても、固定ネジと相手ネジとの間の接続を緩和する。スリーブに導入される変形構造は、スリーブの機械的安定性を意図的に弱めるものであるが、スリーブを大幅に変形させることなく、トレイへのカバーの正しい組立の範囲内で押圧力を提供するのに十分な機械的安定性を有する。しかしながら、非常に高い爆発力の作用下では、スリーブの圧縮変形が、変形構造の設計によって決定されるように起こる。ここで、変形に必要な圧縮力は、変形構造の設計によって調節可能である。

【0012】

本発明の好ましい実施形態では、少なくとも１の追加的な制動要素がハウジングに設けられる。この追加的な制動要素は、ネジと、変形構造を有する更なるスリーブとを含み、ネジが、更なるスリーブを通って案内される。この場合、カバーとトレイの間のギャップが予め設定された最小幅に達したときにのみ、変形構造によって規定された方法で更なるスリーブが圧縮されるように、更なるスリーブが制動要素のネジの頭部とハウジングとの間に配置される。

【0013】

ハウジングトレイおよびハウジングカバーで構成されるパワーエレクトロニクス装置のハウジングでは、主に２つの機能を実現する必要がある。一方では、十分な気密性を確保する必要があり、他方では、損傷が発生した場合に爆発防護を確保する必要がある。気密性を確保するには、固定ネジによってカバーをトレイに押し付ける押圧力ができるだけ大きいことが有利となる。他方、爆発防護については、変形可能なスリーブを有する固定ネジによって形成される開口要素が、できるだけ早い時点で、すなわちハウジングの内部における可能な限り低い爆発圧力で開き、ギャップを解放することが有利である。しかしながら、パワーエレクトロニクス装置の設計によっては、例えば破壊閾値に達して固定ネジがネジから引き抜かれる前に、圧縮による開口要素のスリーブのエネルギー吸収能力がもはや十分な爆発エネルギーを吸収できないような大きい爆発圧力も短時間で発生し得る。しかしながら、例えば設置スペースが限られているため、開口スリーブの寸法を大きくすることは技術的に不可能であることが多い。特に、スリーブの長さを自在に長くすることはできない。これにより、スリーブの圧縮経路が大きくなり、エネルギー吸収能力が大きくなるが、その場合、開口ギャップが大きくなり過ぎて、例えば破壊されたがまだ作動中の部品が露出する可能性がある。

【0014】

追加的な制動要素を設けることによって、制動および吸収機能は、基本的に、押圧および開口機能から分離される。この有利な実施形態においても、押圧力は、開口要素の固定ネジによって提供される。同様に、開口要素のスリーブによって、カバーとトレイの間にギャップを形成することができる。ギャップが既に形成されている場合にのみ、追加的な制動要素のエネルギー吸収効果が働き、その結果、ハウジングは破壊閾値に達することなく、著しく大きな爆発圧力に耐えることができる。制動要素のネジとスリーブは、ギャップが予め設定された最小幅に達したときにのみ、追加の吸収能力が発揮されるように形成および配置されている。このようにして、高速ギャップ形成と高エネルギー吸収を必要に応じて組み合わせることができる。

【0015】

好ましい実施形態では、追加的な制動要素のネジ頭が、開口要素の固定ネジと同様に、カバーとは反対側のトレイの側に配置され、好ましくは固定ネジと同じタイプのカバーの相手ネジにそのネジ山で係合する。特に、これにより爆発防護の汎用性が確保され、追加的な制動要素の数および形状をハウジングの要件に適合させる可能性が広くなる。特に、ハウジングの既存のネジに追加的な制動要素を配置することで、既存の設備に最適化された防爆を後付けすることが可能になる。

【0016】

さらに好ましい実施形態では、追加的な制動要素のネジ頭およびスリーブが、互いに距離を置いて配置される。この距離は、予め規定された最小幅の関数として選択される。このため、追加的な制動要素は、最小幅に応じてギャップが形成されたときにのみ、その追加のエネルギー吸収能力を発揮する。その後、ネジ頭が更なるスリーブの最初の領域に接触して、ネジ頭からスリーブへの力の伝達が始まる。まだ解放されていない内部の爆発圧力により、ギャップがさらに開くと、スリーブが圧縮され、制御された機械的変形によって追加のエネルギーを吸収する。

【0017】

追加的な制動要素のネジは、ネジのシャンク全体にわたって延びるネジ山を有することも考えられる。スリーブの圧縮が大きくなると、この設計では、スリーブとネジ山が噛み合うことにより吸収効果が大きくなる。特に、追加的な制動要素のスリーブは、ほぼ直線的な力曲線を有することが好ましい。詳細には、これは、追加的な制動要素のスリーブが、オフセットｄにより増加する圧縮に対して（すなわち、ギャップの開口が増加するに連れて）、増加する力Ｆに対抗することを意味する。これは、スリーブが、異なる力で圧縮され得る異なる延性の領域を有することによって確保することができる。

【0018】

本発明の好ましい実施形態では、固定ネジと、任意選択的には追加的な制動要素のネジが、トレイのガイドチャネルにそれぞれ配置される。これにより、一方では、ネジ止め時にネジの頭部を案内することができるとともに、ハウジングの外観を均一にするために隠すことができる。他方では、ガイドチャネルは、圧縮中にスリーブによって提供される変形反力の経路を形成するために特に使用することができる。これは、変形したスリーブが圧縮の過程でガイドチャネルの側壁に接触するように、スリーブの領域におけるチャネルの断面を選択することによって達成することができる。スリーブは、側壁に接触した後、更なる変形に対して反力を増加させることができ、それによってスリーブの完全な圧縮を遅らせることができる。その結果、スリーブは、ネジが相手ネジから引き抜かれることなく、より大きい爆発力をうまく吸収することができる。

【0019】

さらに好ましい実施形態では、スリーブが、ネジのシャンク上に取り付けられたときに喪失しないように保持されるような方法で、予め形成されている。これは、スリーブのネジ頭に面する側に、スリーブの内側に向けられたカラーを設け、このカラーをネジのシャンクのテーパ領域に係合させることによって達成することができる。また、スリーブがネジの上に装着された後に、ネジ山を弾力的に押圧する傾斜した内径を有する領域を具備するように、スリーブを予め形成することも考えられる。

【0020】

代替的または追加的に、ネジは、スリーブがネジに対して中心位置でネジ頭に押し付けられるように配置されたセンタリング要素を有することができる。センタリング要素は、特定のネジの頭部に直接、円錐形の付属品として配置することができ、例えば、プラスチックで作ることができる。これにより、スリーブの傾きが回避されるため、圧縮プロセスの再現性がより高くなる。そのようなセンタリング要素は、固定ネジと追加的な制動要素の少なくとも１のネジの両方に設けることができる。

【0021】

代替的には、ハウジングは、ネジ止め前にスリーブをトレイに固定するように設計することができる。この目的のために、トレイはスリーブのための対応する保持構造を有することができる。また、ハウジングがネジ止めされて固定される前にトレイの適切な凹部に押し込まれる圧入スリーブとして、スリーブを形成することも考えられる。

【0022】

さらに、トレイは、スリーブが取り付けられて、爆発力の作用下でスリーブの変形を決定するように設計された整形構造を有することも考えられる。例えば、整形構造は、爆発力の作用下でスリーブの半径方向の膨張または圧縮をもたらす円錐領域を有することができる。これにより、スリーブの変形を引き起こすために必要な力を、適切な値に低減することができる。代替的または追加的には、このように作用する整形構造をネジ頭に配置することも可能である。

【0023】

有利な態様では、変形構造をスロットとして形成することができる。スロットは、スリーブの中央領域で長手方向に延びることができ、ウェブは、スロットの間に残り、爆発力の作用下で外側に変形する。好ましくは、少なくとも３つのスロットが設けられ、少なくとも３つのウェブが形成される。しかしながら、３つを超えるスロットを設けることも可能である。また、長手方向の経路ではなく、角度のある経路を有するスロットを設けることも考えられる。このような設計では、スリーブの圧縮中にねじり成分が発生する。

【0024】

スロットの代わりに、変形構造が、互いに異なる形状および配置を有することにより、スリーブの所望の圧縮をもたらすことも可能である。例えば、スリーブに複数の穴を設けることも考えられる。スリーブの異なる領域に異なるサイズまたは間隔を有する穴が設けられるように、その長さ方向に沿って延性が変化するスリーブを形成することができ、よって、圧縮される材料をより多くまたは少なく穴の間に残すことができる。変形構造は、その配置や形状に関係なく、スリーブ材料を除去することによって形成することができる。変形構造を形成するための除去は、レーザカットによって行うことができるが、他の従来から知られている方法によっても行うことができる。

【0025】

しかしながら、変形構造をエンボス加工構造として設計することも可能である。そして、変形構造は、スリーブ材料を除去することなく、適切なエンボス金型によってエンボス加工される。

【0026】

更なる有利な実施形態では、トレイ上にカバーを取り付けて固定するために、固定ネジおよびスリーブを有する開口要素と、ネジおよび更なるスリーブを有する制動要素とが、交互に設けられている。長方形の基本形状を有するハウジングの場合、開口要素が長手方向の側部の中央に配置され、追加的な制動要素がコーナー領域に配置されることが特に有利である。このような配置構成は、通常は個々のパワーエレクトロニクス部品のみが爆発する場合に、特に爆発の初期における、内部爆発圧力の局所的な不均一な分布を考慮すると、爆発力を十分に分散させることができることが判明している。特に、領域によって延性の異なるスリーブとの組合せにより、非対称なギャップの形成を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

以下、図面を用いて本発明を説明する。

【図1】図１ａは、ネジ接続領域における、本発明に係るハウジングの開口要素の第１の断面を示している。図１ｂは、ネジ接続領域における、本発明に係るハウジングの制動要素の第１の断面を示している。

【図2】図２ａは、ハウジング内部で爆発した後のネジ接続領域における、本発明に係るハウジングの開口要素の第２の断面を示している。図２ｂは、ハウジング内部で爆発した後のネジ接続領域における、本発明に係るハウジングの制動要素の第２の断面を示している。

【図3】図３は、本発明に係るハウジングのネジ接続領域の第１の図を示している。

【図4】図４は、ハウジング内部で爆発した後の本発明に係るハウジングのネジ接続領域の第２の図を示している。

【図5】図５は、ハウジングのネジ接続部とともに使用するための変形可能なスリーブの３つの実施形態を示している。

【図6】図６は、ハウジング内部で爆発している間の開口要素のスリーブおよび制動要素のスリーブの変形中の力の形成の概略曲線を示している。

【発明を実施するための形態】

【0028】

図１ａは、ネジ接続領域における、パワーエレクトロニクス装置、例えばインバータのハウジング１の開口要素を通る断面を示している。ハウジングのカバー３は、固定ネジ４によってハウジングのトレイ２上に固定され、カバー３とトレイ２との間に配置されたシール６に押し付けられている。その押圧力は、カバー３のネジ山７に係合する固定ネジ４によって加えられる。固定ネジ４の頭部とトレイ２との間には、ネジ止め前にネジ山に取り付けられたスリーブ５が配置され、押圧力が、スリーブ５を介して、固定ネジ４のネジ頭によりトレイ２に加わるようになっている。この状態では、スリーブ５が、ネジ止め前の初期形状をほぼ維持している。この場合、スリーブ５は、トレイ２に面する側にカラー１２を有する。ハウジング１は、例えばハウジングの各コーナーまたは長手方向の側部の中央に、開口要素として機能する単一または複数のそのようなネジ接続部を有する。

【0029】

一実施形態では、カラー１２は、例えばトレイ２のレセプタクルに押し込まれることによって、スリーブ５をトレイ２に保持するために用いられ、固定ネジ４は、トレイ２に対して保持されたスリーブ５を通して挿入されて、カバー２のネジ山７にネジ止めされる。

【0030】

図１ａに示す状態では、ハウジング１の内部が外部環境から完全に密閉されており、パワーエレクトロニクス装置が動作可能な状態になっている。

【0031】

図１ｂは、追加的な制動要素が配置されたネジ接続領域におけるパワーエレクトロニクス装置のハウジング１を通る断面を示している。ハウジングは、ここでも図１ａと同じように密閉された状態にある。制動要素のネジ４ａは、トレイ２の開口部を通ってハウジング１のカバー３のネジ山７に係合する。しかしながら、トレイ２へのカバー３の固定と、カバー３とトレイ２との間に配置されたシール６による密閉は、制動要素のネジ４ａを介してではなく、図１ａで説明したように、カバーの他のネジ接続部の１または複数の固定ネジ４によって行われている。

【0032】

制動要素の更なるスリーブ５ａは、ネジ４ａの頭部とトレイ２との間に配置され、ネジ止め前にネジ山上に取り付けられている。ネジ４ａのネジ頭とスリーブ５ａは、互いに距離を置いて配置され、ネジ４ａのネジ頭がスリーブ５ａを介してトレイ２に押圧力を加えないようになっている。この実施形態では、ネジ４ａのネジ頭とスリーブ５ａとの間の距離が、スリーブ５ａの圧縮による制動要素のエネルギー吸収が効果を発揮し始める前に、爆発時に開いている必要があるギャップ１１の最小幅を決定する。センタリング要素２５がネジ頭に配置されており、その機能は、圧縮の過程でスリーブ５ａをネジ４ａに対して中心位置に持っていき、それによりスリーブの傾きが防止されるようにすることである。これにより、圧縮プロセスをより再現性のあるものにすることができる。そのような固定要素を、図１ａのネジ４の頭部に配置することも可能である。

【0033】

また、スリーブ５ａは、トレイに面する側にカラー１２も有する。図示の実施形態では、カラー１２が、開口要素のスリーブ５の場合と同様に、例えばトレイ２のレセプタクルに押し込まれることによって、トレイ２上にスリーブ５ａを保持する役割を果たす。ハウジング１は、制動要素として機能する複数のそのようなネジ接続部を有することができる。

【0034】

図２ａおよび図２ｂに示すように、例えばハウジング内に配置されたパワーエレクトロニクス部品の過負荷により、ハウジングの内部で爆発が起こると、ハウジングの内部で過剰な圧力が発生して、トレイ２とネジ頭との間に配置された開口要素のスリーブ５と固定ネジ４に伝達される。その結果、そのような大きな力がスリーブ５に作用して、それらが圧縮により変形するとともに部分的に潰れて、ネジ頭とトレイ２との間の距離が減少する。これにより、トレイ２とカバー３との間にギャップ１１が形成され、そのギャップを介して過剰な圧力をハウジングの内部から逃がすことができる。これにより、固定ネジ４に作用する力が直ちに減少するため、スリーブ５は部分的にしか潰れずに、固定ネジ４とカバー３との間の接続は維持され、カバー３はトレイ２上に保持され続ける。ギャップ１１が、制動要素のスリーブ５ａとネジ４ａのネジ頭との間の距離によって規定される最小幅だけ開いたとき、ネジ４ａのネジ頭は、スリーブ５ａまでの距離を乗り越え、さらに制動要素のスリーブ５ａに力を伝達し始める。ここでスリーブ５ａも圧縮され、その結果、固定ネジ４に作用する力の減少が改善される。これにより、より高い爆発圧力に耐えるハウジングの能力が改善される。

【0035】

形成するギャップ１１の幅は、爆発後であってもハウジングの内部に手が届かないように、スリーブ５、５ａの設計によって指定することができる。これは、爆発後であってもハウジング１の内部に危険な電圧が存在する可能性があり、接触に対する保護を確保する必要があるため、装置の安全性を高めることにつながる。開口要素および制動要素のスリーブ５、５ａの設計は、スリーブ５、５ａの数、寸法、材料の選択および形状に関係し得る。この場合の形状は、特に、スリーブに変形構造を設けることも含むことができる。例えば、サブトラクティブ法により穴またはスロットを設けること、またはエンボス加工によりスリーブの局所的な厚さを変化させることが考えられる。変形構造は、それを越えるとスリーブが圧縮力下で潰れる閾値を規定し、潰れる際のスリーブの変形に影響を与える役割を果たす。好ましくは、閾値力は、ハウジングのネジ止め中にスリーブに作用する最大力よりも少なくとも２０％高く、有利な実施形態では少なくとも５０％高くなっており、それにより、ネジに最大許容トルクが加わるときにスリーブが潰れるのを効果的に回避することができる。

【0036】

図３は、有利な実施形態におけるハウジング１のネジ止め領域の第１の図を示している。ここでは、固定ネジ４がガイドチャネル１０内に配置され、このガイドチャネルが、固定ネジ４を視覚的に隠すことができ、また、固定ネジ４、特にネジ頭に横方向のガイドを提供する。制動要素のネジ４ａも、有利には、このようなガイドチャネル１０内に配置されている。このようにして、ネジ止めプロセス自体においても、爆発の際にも、ネジ接続の傾きをともに抑えることができる。図３では、ガイドチャネル１０が断面図で示されているが、ガイドチャネル１０が図示の切欠形態で設計されることを除外するものではない。

【0037】

図４に示すように、爆発時には、開口要素のスリーブ５の変形により、ギャップ１１が形成され、このギャップを介して爆発圧力をハウジング１から逃がすことができる。この場合、スリーブ５は、ガイドチャネル１０の内壁に接触する程度まで潰れることができる。これにより、スリーブ５の更なる変形に対する反力が増大し、固定ネジ４とカバー３との間の接続が、そのような接触がない場合よりも大きい爆発力まで維持されるようになる。

【0038】

図５は、本発明の範囲内で使用することができるスリーブ５．１～５．３のいくつかの例示的な実施形態を示している。第１の実施形態では、スリーブ５．１が、複数のスロットの形態の変形構造１４．１を有し、それらスロットの間にウェブが残っている。スリーブ５が潰れるときに、ウェブは半径方向外側に曲げられる。

【0039】

第２の実施形態では、スリーブ５．２が、スリーブ表面にわたる穴の分布の形態の変形構造を有する。穴の間にはウェブのネットワークが残っている。このネットワークは、爆発力の影響を受けて圧縮される。特に、穴の分布を有する実施形態は、スリーブ５ａに対して有利に変更されて、異なる力を加えることで圧縮可能となるスリーブ５ａの異なる延性領域を提供することができる。特に、スリーブの圧縮の増加に伴うスリーブの反力の増加は、スリーブの経路にわたって異なる直径、特に減少する直径を有する穴を提供することによって実現することができ、その結果、大きな穴の場合には狭いウェブが穴の間に配置され、これはより小さい力を加えることにより変形可能であり、小さな穴の場合には幅の広いウェブが穴の間に配置され、これは比較すると、より大きい力を加えることにより変形可能である。

【0040】

また、異なるタイプの変形構造の組み合わせにより、異なる圧縮特性を実現することも可能である。

【0041】

第３の実施形態では、固定ネジ４上のスリーブ５．３の喪失防止構成が断面図で示されている。スリーブの内側に向けられた屈曲部は、ネジのシャンクのテーパ１３と係合し、それによりスリーブがシャンク上に失われないように保持される。このような構成により、ハウジング１の組立を簡素化して、より信頼性の高いものにすることができる。喪失に対する安全性は、スリーブ５、５ａおよび／またはネジ／固定ネジ４、４ａの適切な成形によって他の方法で達成することも可能である。

【0042】

図６は、本発明に係るハウジングの開口要素に使用されるスリーブ５がオフセットｄによる圧縮に対抗する力Ｆの曲線１５を示している。ハウジングが固定ネジ４でネジ止めされるときに維持される固定範囲１８では、スリーブ５は変形しないか、または僅かなオフセットのみにより変形する。組立中に使用される固定ネジ４のトルクは、曲線１５上の起点１６に対応する力Ｆをもたらす。起点１６における力Ｆを大幅に超える爆発力がスリーブ５に加えられると、スリーブ５が変形範囲１９に移行し、スリーブ５が潰れて、オフセットｄが形成され、それと同時に、ハウジング１のトレイ２とカバー３との間にギャップ１１が形成される。このギャップ１１により、爆発の過剰圧力が逃げて、爆発力が直ちに消散し、それによりスリーブ５が力経路１５上の終点１７まで変位する。終点１７に対応するオフセットｄは、ここでは、変形範囲１９の終点を規定する完全な潰れ２０に対応するオフセットｄよりも小さい。変形範囲１９の終点では、関連する力Ｆが急激に増加し、それにより固定ネジ４がカバー３のネジ山から引き抜かれて、カバー３がトレイ２から離脱する危険性がある。スリーブ５は、考慮すべき最大の爆発力においてさえ、終点１７が変形範囲１９のその端から十分な距離にあり、すなわちスリーブ５が完全に潰れずに、ネジ山７が解放されて固定ネジ４がそこから引き抜かれないように、上述した設計により形成されていることが好ましい。そのような設計は、例えば予備試験から圧力曲線が既知である場合、例えば有限要素法を用いた計算手段によって提供することができる。代替的または追加的には、スリーブ５の設計は、様々な爆発力による一連の実験を通じて決定または最適化することができる。

【0043】

考慮すべき爆発力が上述した動作モードによって危機的な状況ではないレベルまで低減できない場合、追加的な制動要素を使用することが有利である。本発明に係るハウジングの制動要素に使用されるスリーブ５ａがオフセットｄによる圧縮に対抗する力Ｆの曲線２１（破線の曲線）も図６に示されている。本発明によれば、ギャップ１１が最小幅２２を介して既に開いているまでは、スリーブ５ａの圧縮は開始されない。スリーブ５ａは、その変形範囲１９に移行される。スリーブ５ａが更なるオフセットｄにより徐々に圧縮されると、増大した反力が加えられるという意味で、力曲線２１は、ギャップ開口が増大するときに有利には直線的である。これは、上述したようなスリーブの変形構造の有利な設計によって実現することができる。この場合、考慮すべき最大爆発力についても、終点２３に対応するオフセットｄが、関連する力Ｆが急峻に増加する完全な潰れ２４に対応するオフセットｄより小さくなるように、変形範囲１９の終点２３が選択されるべきである。カバー３の全反力については、スリーブ５、５ａの反力が合計されるため、ハウジング１はより大きな爆発力に耐えることができ、または部品の爆発によって発生する過剰圧力をより良好に緩和することができる。

【符号の説明】

【0044】

１ ハウジング
２ トレイ
３ カバー
４ 固定ネジ
４ａ 制動要素のネジ
５、５．ｎ スリーブ
５ａ 制動要素の更なるスリーブ
６ シール
７ ネジ山
１０ ガイドチャネル
１１ ギャップ
１２ カラー
１３ テーパ
１４．ｎ 変形構造
１５ スリーブ５の力曲線
１６ 始点
１７ 終点
１８ 固定領域
１９ 変形範囲
２０ スリーブ５の完全な潰れ
２１ スリーブ５ａの力曲線
２２ 始点／最小ギャップ幅
２３ 終点
２４ スリーブ５ａの完全な潰れ
２５ センタリング要素

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】