JP2005012976A

JP2005012976A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2005012976A
Application number: JP2003177336A
Authority: JP
Inventors: Kozo Shibata; 宏三柴田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】小型化を図ることができるインバータ装置を提供する。
【解決手段】電源装置２と入力される直流電流は、バスバー構成された直流側バスバー１１を介してインバータ回路１２に入力される。そして、直流側バスバー１１にかかる直流電圧を検出する直流電圧検出基板１４は、直流側バスバー１１に直接的に電気的接続されると共に、直接的に固定されている。この直流電圧検出基板１４は、直流側バスバー１１に電気的接続されることにより検出した直流電圧を低圧し低電圧信号を生成して、電圧信号線１６を介して制御基板１５に出力する。そして、制御基板１５は、入力された低電圧信号に基づき、直流側バスバー１１にかかる直流電圧を算出すると共に、インバータ回路１２の制御信号を出力している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置、特にハイブリッド車両や電気自動車の駆動用電動機を制御するインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インバータ装置は、直流電圧検出回路と制御回路とが同一回路基板に実装されたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１０２２８８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、例えばハイブリッド車両や電気自動車等の駆動用電動機を制御するインバータ装置に入力される直流電圧は、例えば数百Ｖ等の高電圧となる。一方、この直流電圧を算出すると共にインバータ回路を制御する制御回路に供給される電圧は、例えば５Ｖ等の低電圧である。従って、検出された高電圧からなる直流電圧は、直流電圧検出回路において低電圧である低電圧信号に変換して、変換された低電圧信号を制御回路が入力するようにする必要がある。
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されたインバータ装置のように、直流電圧検出回路を制御回路とを同一回路基板に実装した場合には、以下のような問題が生じる。高電圧からなる直流電圧がかかる直流電圧検出回路の部位と低電圧がかかる制御回路の部位とは、十分な絶縁距離を確保する必要がある。絶縁距離が短い場合には、高電圧からなる直流電圧が、制御回路に影響を及ぼすおそれがあるからである。そのため、基板に回路が実装されていない部分が存在し、結果として、直流電圧検出回路及び制御回路が実装された回路基板が大型化することになる。このことは、さらに、インバータ装置の大型化を招来していた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、小型化を図ることができるインバータ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、直流電圧がかかる部位に直接的に直流電圧検出回路が形成された基板を固定すると共に、制御回路とは別体にすることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明のインバータ装置は、直流電流入力端子と、直流電流伝達手段と、インバータ回路と、直流電圧検出基板と、制御基板とを備える。ここで、直流電流入力端子は、直流電源から直流電流を入力する端子である。例えば、ハイブリッド車両等に搭載された直流電源と電気的に接続される端子である。この場合、該端子には非常に高電圧の直流電圧がかかる。直流電流伝達手段は、前記直流電流入力端子に電気的に接続され前記直流電流を伝達する手段である。すなわち、該直流電流電圧手段とは、直流電流入力端子とインバータ回路とを接続する接続配線又はバスバー等である。インバータ回路は、複数のスイッチング素子を有し、前記直流電流伝達手段により伝達された前記直流電流を該スイッチング素子の駆動により交流電流を生成する回路である。このインバータ回路が生成した交流電流は、例えばハイブリッド車両の駆動用電動機に供給されて、この駆動用電動機を駆動する。直流電圧検出基板は、前記直流電流入力端子又は前記直流電流伝達手段にかかる直流電圧を検出すると共に、検出された前記直流電圧を低圧した低電圧からなる低電圧信号を出力する直流電圧検出回路が形成された基板である。制御基板は、前記低電圧信号に基づき検出された前記直流電圧を算出すると共に、算出された前記直流電圧に基づき前記スイッチング素子の駆動を制御する制御回路が形成された基板である。
【０００９】
そして、本発明のインバータ装置の特徴的な構成は、前記直流電圧検出基板が、前記直流電流入力端子又は前記直流電流伝達手段に直接的に電気的接続されると共に直接的に固定されたことである。さらに、前記制御基板が、前記直流電圧検出基板とは別体に形成されたことである。
【００１０】
このように、直流電圧検出基板と制御基板とは別体に形成されており、これらの基板は制御信号により接続されている。つまり、直流電圧検出回路と制御回路とを同一基板に実装した場合には、直流電圧検出回路の部位と制御回路の部位との間に絶縁距離を確保する必要があったが、本発明によれば、そもそも別体であるので、基板上において絶縁距離を確保する必要がない。
【００１１】
また、例えば、ハイブリッド車両等に使用されるインバータ装置の場合には、インバータ装置に入力される直流電圧は非常に高電圧であるので、仮に直流電圧を検出する部位と直流電圧検出回路とが接続配線等により接続されている場合には、この接続配線を絶縁処理する必要がある。しかし、本発明によれば、検出する直流電圧がかかる部位である直流電流入力端子又は直流電流伝達手段と直流電圧検出回路とが直接的に固定されているので、絶縁処理を施した配線を別途必要とすることがない。その結果、接続配線に絶縁処理を施す工程を削除することができることにより、製造コストを低減することができる。さらに、高電圧がかかる接続配線は、配設位置等の設計に多くの工数を要していたが、この接続配線を不要とすることにより、設計工数を削減することができる。なお、直流電圧検出基板と制御基板とを低電圧がかかる低電圧信号線により接続されているが、この低電圧信号線は低電圧であるので、配設位置等の設計は非常に容易である。
【００１２】
また、前記直流電流入力端子又は前記直流電流伝達手段はバスバーからなり、前記直流電圧検出基板は前記バスバーに固定されるようにしてもよい。ここで、バスバーは、例えば、アルミニウムや銅等の導電性材料を主成分とした金属棒である。そして、この金属棒に直流電圧検出基板を固定するには、ねじ締めや伝導性接着剤等を用いることにより容易に行うことができる。また、バスバーと直流電圧検出基板との電気的な接続についても、両者の通電部位を直接接触させたり、伝導性接着剤を介したりすることにより、容易にかつ確実に行うことができる。このように、バスバーを用いたインバータ装置であれば、非常に容易に電圧検出基板を配設することができるので、結果として、製造コストを低減することができる。
【００１３】
また、前記バスバーは凸形状からなる凸部が形成されており、前記直流電圧検出基板は前記凸部に電気的接続されると共に前記凸部に固定されるようにしてもよい。バスバーが形成する凸部は、例えば、バスバーの基準面から凸部の凸面までの部分が基準面及び凸面に対して略直角に屈曲させて形成してもよいし、略台形形状のように形成していもよい。そして、凸部の凸面に直流電圧検出基板を電気的接続及び固定するようにする。つまり、バスバーの凸部の凸面に直流電圧検出基板を固定しているので、直流電圧検出基板の固定位置が明確になり、固定が容易となると共に、両者の電気的接続を確実に行うことができる。
【００１４】
また、さらに、前記直流電流入力端子の一部を樹脂によりモールド成形された端子台を備えてなり、前記直流電圧検出基板は前記端子台に埋設されるようにしてもよい。従来から、直流電流入力端子の一部を樹脂モールドした端子台は形成されていた。そこで、この端子台が形成される部分を利用して直流電圧検出基板を配設することにより、新たに直流電圧検出基板を配設する場所を設ける必要がない。これにより、省スペース化を図ることができ、結果として、インバータ装置の小型化を図ることができる。さらに、端子台の内部に直流電圧検出基板を埋設することにより、直流電圧検出基板を保護することもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００１６】
（インバータ装置の全体構成）
本実施形態におけるインバータ装置は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等に適用した例を図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のインバータ装置１の概略構成図を示す。図１に示すように、インバータ装置１は、直流側バスバー（直流電流入力端子、直流電流伝達手段）１１と、インバータ回路１２と、交流側バスバー１３と、直流電圧検出基板１４と、制御基板１５と、電圧信号線１６と、制御信号線１７とから構成される。このインバータ装置１は、入力側が直流電源ケーブル３を介して電源装置２に接続され、出力側が車両駆動用電動機（図示せず）に接続されている。
【００１７】
直流側バスバー１１は、直流電流端子（直流電流入力端子）（図示せず）と、電流伝達用バスバー（直流電流伝達手段）（図示せず）とから構成される。直流電流端子は、正極側端子と負極側端子とからなり、バスバーにより形成されている。そして、直流電流端子の正極側端子及び負極側端子は、それぞれ電源装置２の正極側及び負極側に接続された直流電源ケーブル３が接続されている。この直流電流端子と直流電源ケーブル３の端部とは、ねじ等により締結されている。
【００１８】
電流伝達用バスバーは、バスバーにより形成されており、正極側バスバーと負極側バスバーとからなる。そして、正極側バスバー及び負極側バスバーは、それぞれ一端側が直流電流端子に接続され、他端側がインバータ回路１２に接続されている。ここで、バスバーとは、アルミニウムや銅等の伝導性材料を主成分とした金属棒である。また、本実施形態における電源装置により印加される直流電圧は、例えば最大で約４００Ｖ等の高電圧である。そして、このような高電圧が直流側バスバー１１にかかるため、確実にかつ安定して電流を伝達するために、バスバー構成を採用している。なお、本実施形態において、直流側バスバー１１のうち直流電流端子と電流伝達用バスバーは別体のように説明しているが、これらは全てバスバーにより形成されているので、実際には一体に形成されている。
【００１９】
インバータ回路１２は、複数のＩＧＢＴ（スイッチング素子）（図示せず）を有している。このインバータ回路１２は、入力側が電流伝達用バスバーに接続され、出力側が交流側バスバー１３に接続されている。そして、インバータ回路１２は、複数のＩＧＢＴの駆動により、入力された直流電流から交流電流を生成している。交流側バスバー１３は、一端側がインバータ回路１２の出力側に接続され、他端側が車両駆動用電動機（図示せず）に接続されている。すなわち、交流側バスバー１３は、インバータ回路１２により生成された交流電流（Ｕ，Ｖ，Ｗ相電流）を車両駆動用電動機に伝達している。
【００２０】
直流電圧検出基板１４は、直流側バスバー１１にかかる直流電圧を検出して、検出された直流電圧を低圧した低電圧からなる低電圧信号を出力する直流電圧検出回路が形成されている。具体的には、直流電圧検出基板１４は、そして、直流電圧検出基板１４は、直流側バスバー１１の正極側と負極側に直接的に電気的接続されると共に、直接的に固定されている。具体的には、直流電流端子の正極側端子及び負極側端子に接続固定されるか、若しくは、電流伝達用バスバーの正極側バスバー及び負極側バスバーに接続固定される。ここで、低電圧信号は、例えば、約０Ｖ〜５Ｖの電圧からなる。すなわち、直流側バスバー１１にかかる例えば０Ｖ〜４００Ｖの高電圧である直流電圧を、０Ｖ〜５Ｖの低電圧に低圧している。なお、直流電圧検出基板１４の直流側バスバー１１への取付構造については、後述する。
【００２１】
制御基板１５は、直流電圧検出基板１４から電圧信号線１６を介して低電圧信号を入力して、この低電圧信号に基づき直流側バスバー１１にかかる直流電圧を算出する制御回路が形成されている。さらに、この制御回路は、算出した直流電圧に基づきインバータ回路のＩＧＢＴの駆動を制御している。具体的には、制御回路は、ＩＧＢＴの制御信号を制御信号線１７を介してインバータ回路１２に出力している。
【００２２】
（直流電圧検出基板の取付構造）
次に、直流電圧検出基板１４の直流側バスバー１１への取付構造について、図２〜図５を参照して説明する。
【００２３】
（第１取付構造）
第１取付構造について図２〜図４を参照して説明する。図２は、直流電圧検出基板１４を直流側バスバー１１に取り付けた場合における平面図を示す。図３は、図２のＡ−Ａ断面図を示す。図４は、他の取付構造における図２のＡ−Ａ断面図を示す。図２〜図４に示すように、第１取付構造は、直流電圧検出基板１４を直流側バスバー１１のうちの電流伝達用バスバー１１ｂに取付固定する構造である。
【００２４】
まず、図３に示す取付構造について説明する。図２及び図３に示すように、電流伝達用バスバー１１ｂのうち直流電圧検出基板１４を固定する部分は、ほぼ平面形状に形成されている。図２及び図３に示すように、直流電圧検出基板１４は、略長方形形状に形成されている。この直流電圧検出基板１４の電流伝達用バスバー１１ｂとの接触部分には、伝導性の電極１４ａが露出して配設されている。すなわち、直流電圧検出基板１４は、電流伝達用バスバー１１ｂの正極側バスバー及び負極側バスバーに締結用ねじ１８により直接的に固定されている。さらに、直流電圧検出基板１４は、電流伝達用バスバー１１ｂに直接的に電気的接続されている。
【００２５】
このように、直流電圧検出基板１４を電流伝達用バスバー１１ｂに直接的に電気的接続及び固定することにより、高電圧がかかる配線が不要となることにより、製造部品の削減及び設計の容易化を図ることができる結果、製造コストを低減することができる。また、直流電圧検出回路を制御回路と同一基板上に形成していないので、両者の絶縁距離を基板上に確保する必要がない。その結果、インバータ装置の小型化を図ることができる。
【００２６】
次に、図４に示す取付構造について説明する。図２及び図４に示すように、電流伝達用バスバー１１ｂのうち直流電流検出基板１４と固定する部分は、凸部１１ｂ１が形成されている。具体的には、まず、電流伝達用バスバー１１ｂの基準面１１ｂ２がほぼ平面形状に形成されている。そして、この基準面１１ｂ２に対して、断面形状が略台形形状（凸形状）となるように、凸部１１ｂ１が形成されている。なお、凸部１１ｂ１の凸面は、平坦となるように形成されている。そして、図２及び図４に示すように、直流電圧検出基板Ｎ１４は、略長方形形状に形成されている。この直流電圧検出基板１４が電流伝達用バスバー１１ｂの凸部１１ｂ１の凸面と接触する部分には、伝導性の電極１４ａが露出して配設されている。すなわち、直流電圧検出基板１４は、電流伝達用バスバー１１ｂの正極側バスバー及び負極側バスバーのうちの凸部１１ｂ１に締結用ねじ１８により直接的に固定されている。さらに、直流電圧検出基板１４は、電流伝達用バスバー１１ｂのうちの凸部１１ｂ１の凸面に直接的に電気的接続されている。
【００２７】
このように、電流伝達用バスバー１１ｂの凸部１１ｂ１に直流電圧検出基板１４を直接的に電気的接続及び固定することにより、確実に電気的接続を行うことができると共に、取付作業が容易に行うことができる。
【００２８】
（第２取付構造）
第２取付構造について図５〜図７を参照して説明する。図５は、直流電圧検出基板１４を直流側バスバー１１に取り付けた斜視図を示す。図６は、図５のＢ−Ｂ断面図を示す。図７は、直流電圧検出基板１４を直流側バスバー１１に取り付けた他の取付構造の斜視図を示す。図５〜図７に示すように、第２取付構造は、直流電圧検出基板１４を直流側バスバー１１のうちの直流電流端子１１ａに取付固定する構造である。
【００２９】
まず、図６に示す取付構造について説明する。図５及び図６に示すように、直流電流端子１１ａは、バスバーにより略直角に形成されている。そして、直流電流端子１１ａの一方側の面には、直流電源ケーブル３（図１に示す）が取付られる取付穴１１ｃが形成されている。また、直流電流端子１１ａの他方側の面には、直流電圧検出基板１４を固定する取付穴（図示せず）が形成されている。直流電圧検出基板１４は、略長方形形状に形成されている。この直流電圧検出基板１４の直流電流端子１１ａとの接触部分には、伝導性の電極１４ａが露出して配設されている。すなわち、直流電圧検出基板１４は、直流電流端子１１ａの正極側端子及び負極側端子に締結用ねじ１８により直接的に固定されている。さらに、直流電圧検出基板１４は、直流電流端子１１ａの正極側端子及び負極側端子に直接的に電気的接続されている。なお、直流電流端子１１ａに第１取付構造において図４に示したように凸部を形成して取り付けるようにしてもよい。
【００３０】
次に、図７を参照して他の取付構造について説明する。図７に示すように、直流電流端子１１ａの一部を樹脂によりモールド成形された端子台１９を有している。一般に、インバータ装置１は、直流電流端子１１ａを固定するために、端子台１９を有している。そして、この端子台１９は、大部分を被覆するように樹脂によりモールド成形されている。ただし、直流電源ケーブル３を接続固定するための取付穴１１ｃの部分は固定するために露出させている。
【００３１】
そして、直流電流端子１１ａのうちの端子台１９によりモールド成形される部分に、直流電圧検出基板１４を直接的に電気的接続及び固定している。すなわち、図５及び図６に示すように、直流電流端子１１ａに直流電圧検出基板１４を直接的に電気的接続及び固定した後、直流電流端子１１ａの一部分及び直流電圧検出基板１４が配設されている部分を被覆するように、樹脂によりモールド成形して端子台１９を形成する。つまり、端子台１９の内部に直流電圧検出基板１４が埋設されることになる。
【００３２】
このように端子台１９の内部に直流電圧検出基板１４を埋設することにより、新たに直流電圧検出基板１４を配設するスペースを設ける必要がないために、省スペース化を図ることができる。さらに、端子台１９を形成する樹脂により直流電圧検出基板１４が被覆されることにより、直流電圧検出基板１４を保護することもできる。
【００３３】
なお、上記実施形態においては、直流側バスバー１１をバスバー構成として説明したが、これに限られるものではない。例えば、直流側バスバー１１を配線に置き換えてもよい。この場合には、直流電圧検出基板１４が配線に直接的に電気的接続及び固定されることになる。もっとも、配線を用いた場合とバスバー構成の場合を比較すると、バスバー構成とした方が、直流電圧検出基板１４との直接的な電気的接続及び固定は容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のインバータ装置の概略構成図を示す。
【図２】直流電圧検出基板を電流伝達用バスバーに取り付けた場合における平面図を示す。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図を示す。
【図４】他の取付構造における図２のＡ−Ａ断面図を示す。
【図５】直流電圧検出基板を直流電流端子に取り付けた斜視図を示す。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図を示す。
【図７】直流電圧検出基板を直流電流端子に取り付けた他の取付構造の斜視図を示す。
【符号の説明】
１・・・インバータ装置
２・・・電源装置
１１・・・直流側バスバー（直流電流入力端子、直流電流伝達手段）
１１ａ・・・直流電流端子（直流電流入力端子）
１１ｂ・・・電流伝達用バスバー（直流電流伝達手段）
１２・・・インバータ回路
１４・・・直流電圧検出基板
１５・・・制御基板

Claims

直流電源から直流電流を入力する直流電流入力端子と、
前記直流電流入力端子に電気的に接続され前記直流電流を伝達する直流電流伝達手段と、
複数のスイッチング素子を有し前記直流電流伝達手段により伝達された前記直流電流を該スイッチング素子の駆動により交流電流を生成するインバータ回路と、
前記直流電流入力端子又は前記直流電流伝達手段にかかる直流電圧を検出すると共に検出された前記直流電圧を低圧した低電圧からなる低電圧信号を出力する直流電圧検出回路が形成された直流電圧検出基板と、
前記低電圧信号に基づき検出された前記直流電圧を算出すると共に算出された前記直流電圧に基づき前記スイッチング素子の駆動を制御する制御回路が形成された制御基板と、
を備えたインバータ装置において、
前記直流電圧検出基板は、前記直流電流入力端子又は前記直流電流伝達手段に直接的に電気的接続されると共に直接的に固定され、
前記制御基板は、前記直流電圧検出基板とは別体に形成されることを特徴とするインバータ装置。
前記直流電流入力端子又は前記直流電流伝達手段はバスバーからなり、
前記直流電圧検出基板は前記バスバーに固定されることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
前記バスバーは凸形状からなる凸部が形成されており、
前記直流電圧検出基板は前記凸部に電気的接続されると共に前記凸部に固定されることを特徴とする請求項２記載のインバータ装置。
さらに、前記直流電流入力端子の一部を樹脂によりモールド成形された端子台を備えてなり、
前記直流電圧検出基板は前記端子台に埋設されたことを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。