JP2016100943A - Electric power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関し、特に、ハイブリッド自動車である車両に対して好適に適用され得る電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device that can be suitably applied to a vehicle that is a hybrid vehicle.
近年、四輪自動車等の車両においては、駆動システムに内燃機関であるエンジンと電動モータとを協働して用いるハイブリッド自動車が普及してきている。 In recent years, in vehicles such as four-wheeled vehicles, hybrid vehicles using an engine that is an internal combustion engine and an electric motor in cooperation with a drive system have become widespread.
かかるハイブリッド自動車においては、エンジンと電動モータとを協働した状態で稼働させる電子制御装置の一つとして、電力変換装置を内蔵した電力制御装置が用いられている。このような電力変換装置は、相対的に大きな電力を入出力するものであるため、電気配線として、金属材から成る平板状の複数のバスバーが配策されている。 In such a hybrid vehicle, a power control device incorporating a power conversion device is used as one of electronic control devices that operate an engine and an electric motor in cooperation. Since such a power conversion apparatus inputs and outputs relatively large electric power, a plurality of flat bus bars made of a metal material are arranged as electric wiring.
かかる複数のバスバーは、電力変換の際にスイッチング動作を行う複数の半導体素子や電流を検出する電流センサ等が収容されたケース内に配策されるものであるため、電力変換装置のサイズを不要に増大しないようにケース内に配策される必要がある。 These multiple bus bars are arranged in a case containing a plurality of semiconductor elements that perform switching operations during power conversion, a current sensor that detects current, and the like, so the size of the power conversion device is not required Need to be arranged in the case so as not to increase.
かかる状況下で、特許文献1は、パワーコントロールユニットに関し、ヒートシンクの上面に配置された電力変換モジュールと、第1平面板状部、第2平面板状部、並びに第1平面板状部及び第2平面板状部間に設けられた屈曲部で形成された三相端子と、三相端子が挿通される電流センサと、ヒートシンクの上面に設けられ、第2平面板状部を支持する三相端子台と、を備え、第1平面板状部は、電力変換モジュールの三相出力端子の接触面と接触固定され、第2平面板状部は、三相端子台の固定面と接触固定され、第2平面板状部が固定されている状態で、第1平面板状部の固定を解除した場合は、第1平面板状部と接触面との間に所定の隙間が形成される構成を開示する。 Under such circumstances, Patent Document 1 relates to a power control unit, and includes a power conversion module disposed on the upper surface of the heat sink, a first flat plate-like portion, a second flat plate-like portion, and a first flat plate-like portion and a first flat plate-like portion. A three-phase terminal formed by a bent portion provided between two planar plate-like portions, a current sensor through which the three-phase terminal is inserted, and a three-phase provided on the upper surface of the heat sink and supporting the second planar plate-like portion. A first flat plate-like portion that is fixed in contact with the contact surface of the three-phase output terminal of the power conversion module, and the second flat plate-like portion is fixed in contact with the fixed surface of the three-phase terminal block. A configuration in which a predetermined gap is formed between the first plane plate-like portion and the contact surface when the first plane plate-like portion is fixed while the second plane plate-like portion is fixed. Is disclosed.
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献1の構成においては、一段の段差を有するバスバー状の三相端子を、それに流れる電流を検出する電流センサの貫通孔に挿通しているが、その段差長(段差を挟んだ部分の距離)が大きいこと等を考慮して貫通孔を通る三相端子の一部をばね性のある屈曲部として構成しているために、電流センサ内の貫通孔に三相端子を挿通する際の挿通作業が煩雑な傾向にあり、三相端子の組み付け性において改良の余地がある。 However, according to the inventor's study, in the configuration of Patent Document 1, a bus bar-shaped three-phase terminal having a single step is inserted through a through hole of a current sensor that detects a current flowing therethrough. Considering that the step length (distance between the steps) is large, a part of the three-phase terminal that passes through the through-hole is configured as a bent portion with a spring property, so that the penetration in the current sensor The insertion work when inserting the three-phase terminal into the hole tends to be complicated, and there is room for improvement in the assembling property of the three-phase terminal.
また、本発明者の更なる検討によれば、特許文献1の構成においては、電流センサを挟み込むように三相端子を固定しているため、このための固定部のスペースが必要となり、かつ、締結箇所も増大するため部品点数が増える傾向が考えられて改良の余地がある。 Further, according to the further examination of the present inventor, in the configuration of Patent Document 1, since the three-phase terminal is fixed so as to sandwich the current sensor, a space for the fixing portion for this is required, and Since the number of fastening points also increases, the number of parts tends to increase and there is room for improvement.
また、本発明者の更なる検討によれば、特許文献1の構成においては、三相端子の屈曲部を電流センサと接触させて共に固定しているため、出力先である電動モータからの振動が三相端子から電流センサに伝わり、電流センサの接続先である回路基板や、それに実装された電子部品の半田部や端子などに影響を与える傾向が考えられて改良の余地がある。 Further, according to a further study by the present inventor, in the configuration of Patent Document 1, since the bent portion of the three-phase terminal is brought into contact with the current sensor and fixed together, the vibration from the electric motor that is the output destination is fixed. Is transmitted from the three-phase terminal to the current sensor, and there is a room for improvement in consideration of the tendency to affect the circuit board to which the current sensor is connected and the solder part and terminal of the electronic component mounted on the circuit board.
本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、外部装置からの振動の影響を抑制しながら、バスバーと電流センサとの組み立て性を向上すると共に、ケース内の実装スペースを確保して部品点数を削減することができる電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made through the above-described studies. While suppressing the influence of vibration from an external device, the assembly of the bus bar and the current sensor is improved, and the mounting space in the case is ensured. It aims at providing the power converter device which can reduce a score.
以上の目的を達成するべく、本発明は、電動モータに供給する電力を変換する電力変換機能を呈するパワーモジュールと、前記パワーモジュール及び前記電動モータを電気的に接続するバスバーと、前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサと、前記パワーモジュール、前記バスバー及び前記電流センサを収容するケースと、を備えた電力変換装置において、前記バスバーは、前記バスバーがその一端部からその他端部に向かって上昇しながら電流センサの貫通孔に挿入自在となるように、多段に折り曲げた多段構造を有することを第1の局面とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a power module that exhibits a power conversion function for converting power supplied to an electric motor, a bus bar that electrically connects the power module and the electric motor, and a flow through the bus bar. In the power conversion device including a current sensor for detecting current, and a case for housing the power module, the bus bar, and the current sensor, the bus bar is raised from one end thereof toward the other end. However, the first aspect is to have a multistage structure that is bent in multiple stages so as to be freely inserted into the through hole of the current sensor.
また、本発明は、第1の局面に加えて、前記多段構造の段差長は、前記電動モータに対する前記バスバーの接続端部側に向かうにつれて長くなるように設定されていることを第2の局面とする。 In addition to the first aspect, the second aspect of the present invention is that the step length of the multi-stage structure is set to become longer toward the connection end side of the bus bar with respect to the electric motor. And
また、本発明は、第2の局面に加えて、前記バスバーと前記電流センサとを相対的に傾けながら相対移動して前記バスバーを前記電流センサの前記貫通孔に挿通する際に、前記多段構造の内で最も前記接続端部側に存在する段差長の挿通高さは、前記貫通孔の径よりも大きく設定されていることを第3の局面とする。 In addition to the second aspect, the present invention provides the multistage structure when the bus bar is inserted into the through hole of the current sensor by relatively moving the bus bar and the current sensor while being relatively inclined. It is a third aspect that the insertion height of the step length that is closest to the connection end portion is set larger than the diameter of the through hole.
また、本発明は、第1から第3のいずれかの局面に加えて、前記バスバーは、前記ケースに設けられた位置決め部に嵌合されていることを第4の局面とする。 Moreover, this invention makes it the 4th aspect that the said bus-bar is fitted by the positioning part provided in the said case in addition to any 1st to 3rd aspect.
以上の本発明の第1の局面にかかる電力変換装置によれば、バスバーが、それがその一端部からその他端部に向かって上昇しながら電流センサの貫通孔に挿入自在となるように、多段に折り曲げた多段構造を有するものであるため、外部装置からの振動の影響を抑制しながら、バスバーと電流センサとの組み立て性を向上すると共に、ケース内の実装スペースを確保して部品点数を削減することができる。特に、バスバーを電流センサの貫通孔に挿入可能となるように多段に折り曲げることにより、その入力端部及び出力端部間のバスバーの高さ寸法を分割して個々の段差長を小さくすることができるため、電流センサの貫通孔の孔径が相対的に小さい場合でもあっても、バスバーを貫通孔に相対的にジグザクに侵入させながら挿通させることができ、その組み付け性を向上することができる。 また、バスバーの固定時には、電流センサの貫通孔に対するバスバーの挿通部が電流センサに接触していないため、電動モータからの振動によって電流センサの端子や半田部に与える影響を格段に低減することができる。併せて、バスバーに多段構造を与えることで、その強度や剛性、及びプレス成形時の形状精度を向上することができ、バスバーの組み付け後において、電流センサの貫通孔に対するバスバーの不要な接触を抑制することができる。また、このように多段に折り曲げることにより平坦部を設けられるため、実装部分占有領域を一様の高さで広く確保できる。 According to the power conversion device according to the first aspect of the present invention described above, the bus bar is multistage so that the bus bar can be inserted into the through hole of the current sensor while rising from the one end to the other end. Because it has a multi-stage structure that is bent into two parts, the assembly of the bus bar and current sensor is improved while suppressing the influence of vibration from external devices, and the mounting space in the case is secured to reduce the number of parts. can do. In particular, by bending the bus bar in multiple stages so that it can be inserted into the through hole of the current sensor, the height of the bus bar between its input end and output end can be divided to reduce the individual step length. Therefore, even if the hole diameter of the through hole of the current sensor is relatively small, the bus bar can be inserted through the through hole while relatively penetrating the through hole, and the assembling property can be improved. In addition, when the bus bar is fixed, since the insertion portion of the bus bar with respect to the through hole of the current sensor is not in contact with the current sensor, the influence of the vibration from the electric motor on the terminals and the solder portion of the current sensor can be significantly reduced. it can. In addition, by giving the bus bar a multi-stage structure, its strength and rigidity, and shape accuracy during press molding can be improved, and after the bus bar is assembled, unnecessary contact of the bus bar with the through hole of the current sensor is suppressed. can do. In addition, since the flat portion can be provided by bending in multiple stages in this way, the mounting portion occupation area can be secured widely at a uniform height.
また、本発明の第2の局面にかかる電力変換装置によれば、多段構造の段差長が、電動モータに対するバスバーの接続端部側に向かうにつれて長くなるように設定されているものであるため、バスバーの個々の段差長を抑え、電流センサの貫通孔を挿通させることが可能な部分を増やしつつ、電流センサから離間した位置でパワーモジュール側のバスバーを固定することができる。この結果、パワーモジュール側のバスバーの固定部周辺のスペースを空けることが可能となり、対応してケースのサイズを小さくすることができる。 Further, according to the power conversion device according to the second aspect of the present invention, the step length of the multi-stage structure is set so as to become longer toward the connection end side of the bus bar with respect to the electric motor, It is possible to fix the bus bar on the power module side at a position away from the current sensor while suppressing the individual step length of the bus bar and increasing the portion through which the through hole of the current sensor can be inserted. As a result, it becomes possible to make a space around the fixed portion of the bus bar on the power module side, and the size of the case can be correspondingly reduced.
また、本発明の第3の局面にかかる電力変換装置によれば、バスバーと電流センサとを相対的に傾けながら相対移動してバスバーを電流センサの貫通孔に挿通する際に、多段構造の内で最も電動モータに対するバスバーの接続端部側に存在する段差長の挿通高さは、貫通孔の径よりも大きく設定されているものであるため、電動モータに対するバスバーの接続端部の位置と、電流センサの貫通孔の位置と、の差が大きい場合であっても、バスバーを電流センサの貫通孔に挿通した状態で、電動モータに対してバスバーを電気的に接続することができる。 Further, according to the power conversion device of the third aspect of the present invention, when the bus bar and the current sensor are relatively moved while being relatively inclined and the bus bar is inserted into the through hole of the current sensor, Since the insertion height of the step length existing on the connection end portion side of the bus bar with respect to the electric motor is set larger than the diameter of the through hole, the position of the connection end portion of the bus bar with respect to the electric motor, Even when the difference between the position of the through hole of the current sensor is large, the bus bar can be electrically connected to the electric motor in a state where the bus bar is inserted into the through hole of the current sensor.
また、本発明の第4の局面にかかる電力変換装置によれば、バスバーが、ケースに設けられた位置決め部に嵌合されているものであるため、ケースに設けた位置決めピン等の位置決め部にバスバーの一部(多段に折り曲げることにより設けられた平坦部に穴開けした部位)を位置整合させて嵌合することで、バスバーを位置決めすることができるため、ボルト等の締結部材が必要なく、部品点数及び組み付け工数を削減することができる。 Moreover, according to the power converter device concerning the 4th aspect of this invention, since a bus-bar is fitted by the positioning part provided in the case, it is in positioning parts, such as the positioning pin provided in the case. Since the bus bar can be positioned by aligning and fitting a part of the bus bar (the part drilled in the flat part provided by bending in multiple stages), there is no need for a fastening member such as a bolt, The number of parts and assembly man-hours can be reduced.
以下、図1から図3を適宜参照して、本発明の実施形態における電力変換装置につき、詳細に説明する。なお、図中、x軸、y軸及びz軸は、3軸直交座標系を成し、z軸の方向は、上下方向に相当するものとし、x−z平面を水平面とする。 Hereinafter, the power converter according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3 as appropriate. In the figure, the x-axis, y-axis, and z-axis constitute a three-axis orthogonal coordinate system, the z-axis direction corresponds to the vertical direction, and the xz plane is the horizontal plane.
図1は、本実施形態における電力変換装置の構成を示す斜視図である。図2は、本実施形態における電力変換装置の構成を、アッパケースを取り外した状態で示す部分拡大斜視図である。図3(a)は、図1のA−A拡大部分断面図であり、図3(b)は、図3(a)をより詳細に示す断面図である。また、図4は、本実施形態における電力変換装置の出力バスバーを電力センサの貫通孔に挿通するための寸法構成を示す模式図である。 FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of a power conversion device according to the present embodiment. FIG. 2 is a partially enlarged perspective view showing the configuration of the power conversion device according to the present embodiment with the upper case removed. 3A is an AA enlarged partial cross-sectional view of FIG. 1, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing FIG. 3A in more detail. FIG. 4 is a schematic diagram showing a dimensional configuration for inserting the output bus bar of the power conversion device according to the present embodiment into the through hole of the power sensor.
図1から図4に示すように、電力変換装置1は、メインケースであるロアケース10と、ロアケース10の上部に図示を省略する嵌合構造等を介して装着されると共に、電力変換装置1の上部を塞ぐアッパケース40と、ロアケース10の下部に配置されると共に、ロアケース10を図示を省略する締結部材等を介して装着するヒートシンク60と、ロアケース10及びアッパケース40が協働して画成する内部収容空間内に収容されたパワーモジュール70と、を主として備え、図示を省略するハイブリッド自動車等の車両に装着される。電力変換装置1は、典型的には、いずれも車両に装着され、図示を省略するが、2次電池であるバッテリから駆動用の電動モータに供給する直流電流を交流電流(3相電流)に変換するDC(Direct Current)/AC(Alternate Current)変換機能を有する。なお、電力変換装置1は、必要に応じ、かかる電動モータ又は図示を省略する回生機構からバッテリに供給する交流電流を直流電流に変換するAC/DC変換機能を有していてもよい。
As shown in FIGS. 1 to 4, the power conversion device 1 is mounted on a
ロアケース10及びアッパケース40は、典型的には、いずれも非導電性の樹脂(合成樹脂)製の成形品であり、ヒートシンク60は、典型的には、アルミ材等の金属製の鋳造品である。また、ロアケース10及びアッパケース40が協働して画成する内部収容空間には、パワーモジュール70、回路基板80、出力バスバー100及び電流センサ120が収容される。
Both the
具体的には、ロアケース10は、x−y平面に平行な平面上を上下軸回りに周回する側周壁12と、側周壁12の底部を塞ぐ底壁13と、を主として備える。
Specifically, the
底壁13の一部には、下方に向けて突設された内側端子台14と、内側端子台14に対してx軸の正方向側に配置されると共に、上方に向けて突設された位置決めピン18と、内側端子台14に対してx軸の負方向側に配置されると共に、ロアケース10の内部を開放する開口部19と、が設けられる。内側端子台14及び位置決めピン18は、各々、y軸の方向に3個並置された態様で設けられ、典型的には、ロアケース10の成形時に底壁13と一体成形されるものである。内側端子台14には、各々、金属製等のカラー16が嵌装され、カラー16は、典型的には、各々、それの上端が内側端子台14の上面と面一に設定される。開口部19において、パワーモジュール70の底部が、ロアケース10及びアッパケース40が協働して画成する内部収容空間からその外方に露出する。底壁13の内側端子台14、位置決めピン18及び開口部19以外の残余部分には、締結部材を介して底壁13をヒートシンク60に締結する締結部が設けられる。かかる締結部材及び締結部の図示は、省略する。
A part of the
側周壁12の一部には、x軸の正方向に向け各々突設される外側端子台20がy軸の方向に3個並置された態様で設けられる。外側端子台20は、典型的には、各々、ロアケース10の成形時に側周壁12と一体成形されるものである。外側端子台20には、各々、それの上面から下方に向けて陥設された凹部22が形成されている。凹部22には、各々、金属製等のカラー24が嵌装され、カラー24は、典型的には、各々、それらの上端が対応する外側端子台20の上面と面一に設定される。外側端子台20の上面には、各々、対応する出力バスバー100の外側端部が載置され、出力バスバー100の外側端部は、各々、締結部材26を介して、符号を省略する電動モータ側のバスバーの端部と共にカラー24のネジ孔等に締結される。側周壁12には、その上端部から下方に向けて陥設された切り欠き部28及び30が形成されている。切り欠き部28は、3個並置された外側端子台20に各々対応して設けられ、対応する出力バスバー100を、ロアケース10及びアッパケース40が協働して画成する内部収容空間からその外方に各々延出させる。なお、各々の切り欠き部28に代えて、側周壁12を貫通する貫通孔を各々設けてもかまわない。
A part of the side
アッパケース40は、x−y平面に平行な平面上を上下軸回りに周回する側周壁42と、その上部を塞ぐ上壁43と、を主として備える。
The
側周壁42の一部には、その下端部から上方に向けて陥設された切り欠き部44及び46が形成されている。切り欠き部44は、ロアケース10の切り欠き部28に各々対応して設けられ、対応する出力バスバー100を延出させる。但し、切り欠き部44は、ロアケース10の切り欠き部28のみで対応する出力バスバー100を各々延出させる場合や、切り欠き部28に代えて側周壁12を貫通する貫通孔が各々設けられる場合には、省略される。切り欠き部46は、ロアケース10の切り欠き部30に対応して設けられ、切り欠き部30と協働して、いずれも図示を省略する図示を省略するが、電力制御用のECU(Electronic Control Unit)に電気的に接続される入出力信号用コネクタを受ける受け部を構成する。
A part of the side
上壁43の一部は、その形状が上方に突出するように変化した突出壁47を構成する。突出壁47も下方においては、回路基板80の上面に実装される平滑コンデンサ等の高背部品が配置される。
A part of the
ヒートシンク60は、典型的には矩形状の本体部62と、本体部62の下面から下方に突設される複数のフィン64と、を主として備える。
The
本体部62におけるx軸の正方向側の周縁の端部領域には、その上面から下方に向けて陥設される凹部66が形成されている。凹部66には、ロアケース10の内側端子台14が位置整合された態様で対応して収容される。内側端子台14の上面位置は、典型的には、凹部66内に設定される。本体部62において、凹部66が形成されていない部分の上下方向の厚さは、凹部66が形成されている部分の上下方向の厚さよりも厚くなる。つまり、本体部62において、凹部66が形成されていない部分は、上下方向の肉厚が厚い肉厚部であり、凹部66が形成されている部分は、上下方向の肉厚が薄い薄肉部である。
A
パワーモジュール70は、典型的には、図示を省略するIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の電力変換用の複数のパワー半導体素子と、非導電性の樹脂(合成樹脂)製の成形品であると共に、複数のパワー半導体素子を収容するモジュールケース72と、一端が複数のパワー半導体素子に電気的に接続すると共に、他端がモジュールケース72から延出して延在する典型的には導電製の板状部材から成るパワーモジュール側バスバー74と、を主として備える。
The
モジュールケース72の底部は、ヒートシンク60の上面に向けて開放される。複数のパワー半導体素子は、モジュールケース72に装着されると共に、モジュールケース72の開放された底部及びロアケース10の開口部19を介して、ヒートシンク60の上面に当接する。複数のパワー半導体素子及びヒートシンク60の上面間には、複数のパワー半導体素子の底部の伝熱性を向上するために、ヒートシンク60の熱伝導率と同等又はそれ以上の熱伝導率を呈する典型的には金属製のヒートスプレッダ76を介装させてもよい。モジュールケース72の開放された底部及びパワーモジュール側バスバー74の延出部以外の残余部分には、締結部材を介してモジュールケース72をヒートシンク60に締結する締結部が設けられる。かかる締結部材及び締結部の図示は、省略する。なお、モジュールケース72は、必要に応じて、その底部が開放されていない構成のものであってもよく、かかる場合には、複数のパワー半導体素子は、モジュールケース72を介して、ヒートシンク60の上面に熱的に接触する。
The bottom of the module case 72 is opened toward the upper surface of the
パワーモジュール側バスバー74は、典型的には、3相電流のU相、V相及びW相に対応してy軸の方向に3個並置された態様で設けられ、各々、それらの幅方向がy軸の方向に沿う姿勢で水平配置されながら上下方向で屈曲した金属製の一枚の板状部材から成る。パワーモジュール側バスバー74は、各々、モジュールケース72から延出すると共にx軸の正方向に延在して、ロアケース10の内側端子台14の上面で終端し、それらの終端部は、各々、対応する内側端子台14の上面に載置されると共に、締結部材102を介して、対応する出力バスバー100の内側端部と共にカラー16のネジ孔等に締結される。パワーモジュール側バスバー74の終端部の上面、出力バスバー100の内側端部の上面、及び締結部材102の頂部の上下方向位置は、ヒートシンク60の本体部62に形成された凹部66の深さ、及び凹部66に対する内側端子台14の収容深さを調整することにより、ロアケース10及びアッパケース40が協働して画成する内部収容空間の有効体積を増大するように調整自在である。
The power module side bus bars 74 are typically provided in a manner in which three power module side bus bars 74 are juxtaposed in the y-axis direction corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase current. It consists of a single plate-like member made of metal bent in the vertical direction while being horizontally arranged in a posture along the direction of the y-axis. Each of the power module side bus bars 74 extends from the module case 72 and extends in the positive direction of the x-axis, and terminates on the upper surface of the
回路基板80は、典型的には、x−y平面に平行に配設されると共に、平板状のPCB(Printed Circuit Board)等の回路基板であり、ロアケース10又はアッパケース40に装着される。
The
回路基板80には、平滑コンデンサ等の高背部品や複数のパワー半導体素子の駆動制御用のCPU(Central Processing Unit)、抵抗素子やメモリ等の低背部品が実装され、図中、これらの実装部品で回路基板80の周囲の空間が占有される領域を実装部品占有領域82として示す。ヒートシンク60の本体部62に形成された凹部66の深さ、及び凹部66に対する内側端子台14の収容深さが大きく確保されているため、締結部材102の頂部の上下方向における位置が低められ、その結果、回路基板80の下側の実装部品占有領域82の容積は、その上下方向における位置がパワーモジュール70のモジュールケース72の上面近傍まで下がった位置で、均等に大きく確保される。
Mounted on the
出力バスバー100は、典型的には、3相電流のU相、V相及びW相に対応してy軸の方向に3個並置された態様で設けられた電気配線であり、各々、それらの幅方向がy軸の方向に沿う姿勢で水平配置されながら上下方向で屈曲した金属製の一枚の板状部材から成る。
The
電流センサ120は、典型的には、メインケースであるロアケース10に装着され、出力バスバー100を対応して流れるU相、V相及びW相の3相電流の電流を検出すべく、y軸の方向に3個並置された態様で設けられ、透磁性の樹脂(合成樹脂)製の成形品であるケース121と、ケース121内に内属され図示を省略するホール素子等の電流素子と、ケース121をx軸の方向に貫通する貫通孔122と、を備える。貫通孔122には、各々、対応する出力バスバー100が挿通され、電流センサ120は、対応する出力バスバー100に流れる電流を検出する。上下方向における貫通孔122の位置(x軸の方向における貫通孔122の中心軸の位置)は、ロアケース10の各々の内側端子台14の上面の位置よりも高く、かつロアケース10の各々の外側端子台20の上面の位置よりも低く設定されている。貫通孔122の径(最も狭い部分の孔径)は、対応する出力バスバー100の板幅よりも当然大きいが、ヒートシンク60の凹部66内に収容されるロアケース10の内側端子台14上のパワーモジュール側バスバー74の終端部上に対応して取り付けられる部分の上下方向の高さ位置と、ロアケース10の外側端子台20上に対応して取り付けられる部分の上下方向の高さ位置と、の差よりも格段に小さい。
The
ここで、出力バスバー100が、各々、対応する電流センサ120の貫通孔122に挿通されながら、ロアケース10の対応する内側端子台14の上面とロアケース10の対応する外側端子台20の上面との間を延在することを考慮して、出力バスバー100は、各々、それらの内側端部及び外側端部間を上下方向に多段(複数段)に屈曲しながらx軸の方向に延在する多段構造を有する。
Here, while the output bus bars 100 are respectively inserted through the through
つまり、出力バスバー100は、例えば、図3に示すように、各々、内側端部から外側端部に向けて順に、内側端部を有する第1平板部106、第1段差接続部107、第2平板部108、第2段差接続部109、第3平板部110、第3段差接続部111、第4平板部112、第4段差接続部113、及び外側端部を有する第5平板部114から成る。なお、第1平板部106、第2平板部108、第3平板部110、第4平板部112及び第5平板部114は、典型的には、各々、x−y平面に平行な平分部である。また、第1段差接続部107、第2段差接続部109、第3段差接続部111及び第4段差接続部113は、典型的には、各々、第1平板部106、第2平板部108、第3平板部110、第4平板部112及び第5平板部114と同様平板部であるが、垂直壁に限らず傾斜壁であってもよい。
That is, the
出力バスバー100の内側端部を有する第1平板部106は、各々、ロアケース10の対応する内側端子台14の上面に載置されると共に、締結部材102を介して、対応するパワーモジュール側バスバー74の終端部と共にカラー16のネジ孔等に締結される。出力バスバー100の外側端部を有する第5平板部114は、各々、ロアケース10の対応する外側端子台20の上面に載置されると共に、締結部材26を介して、対応する電動モータ側のバスバーの端部と共にカラー24のネジ孔等に締結される。出力バスバー100のx軸の方向の中央部である第3平板部110よりも1段ほどx軸の負方向側に位置する第2平板部108は、各々、ロアケース10の対応する位置決めピン18が挿通され、位置決めピン18で嵌合されて位置決めされる。出力バスバー100の中央部である第3平板部110よりも1段ほどx軸の正方向側に位置する第4平板部112は、各々、対応する電流センサ120のケース121に形成された貫通孔121をx軸の方向に挿通する。併せて、出力バスバー100の中央部よりもx軸の負方向側の中間部から出力バスバー100の内側端部に向けて延在するシールド板104は、第3平板部110から締結部材102にかけて、第3平板部110の上面、位置決めピン18の上端及び締結部材102の頂部と、回路基板80の下側の実装部品占有領域82と、の間のレイアウト上の自由空間を利用して、締結部材102の頂部の上方に侵入して配設されている。
The first
特に、図4に示すように、出力バスバー100の多段構造においては、ロアケース10及びアッパケース40が協働して画成する内部収容空間におけるレイアウト上の自由空間を増大しながら、板状で多段構造の出力バスバー100を電流センサ120の貫通孔121に対応して挿通する作業性を円滑にするには、隣接する平板部同士段差長(下方に位置する平板部の下面及び上方に位置する平板部の上面間の上下方向の距離)が、各々、出力バスバー100の内側端部を有する第1平板部106から出力バスバー100の外側端部を有する第5平板部114に向けて順に長く設定されることが好ましい。また、このように出力バスバー100の各々に多段構造を付与することにより、それらの強度や剛性を向上することができることに加え、それらがプレス成形で成形される際の形状精度を向上することができる。
In particular, as shown in FIG. 4, in the multistage structure of the
図4中では、具体的に、電流センサ120の貫通孔121の径をH1で示す。また、同図中では、第1平板部106及び第2平板部108間の段差長をh1、第2平板部108及び第3平板部110間の段差長をh2、並びに第3平板部110及び第4平板部112間の段差長をh3で示し、これらは、h1<h2<h3の関係に設定されている。また、同図中では、出力バスバー100に対して、矢印に沿って電流センサ120を相対的に傾けながらジグザグに相対移動させることにより、出力バスバー100を電流センサ120の貫通孔121に挿通しており、その際の第2平板部108及び第3平板部110間の段差長h2を傾けた挿通高さをH2で示し、これらは、H2<H1の関係に設定されている。また、図4中で、第4平板部112が、出力バスバー100の外側端部を有するものであると考えれば、第3平板部110及び第4平板部112間の段差長h3の挿通高さは、電流センサ120の貫通孔121の径H1よりも大きく設定されていてもよい。これにより、第3平板部110及び第4平板部112間の段差長h3を相対的に大きく設定することができ、貫通孔122の位置とロアケース10の対応する外側端子台20の上面の位置との上下方向の高低差が大きい場合であっても、貫通孔121に挿通した出力バスバー100を外側端子台20に到達させることができる。
In FIG. 4, specifically, the diameter of the through
また、かかる条件下で、板状の出力バスバー100の必要な強度や剛性を各々確保しながら、出力バスバー100を、電流センサ120の貫通孔121に対応して挿通し、かつロアケース10の位置決めピン18で対応して位置決めするには、パワーモジュール側バスバー74の終端部上に対応して取り付けられる部分、及びロアケース10の外側端子台20上に対応して取り付けられる部分に加えて、電流センサ120の貫通孔121に対応して挿通される部分、及びロアケース10の位置決めピン18で対応して位置決めされる部分が必要となることを考慮すれば、出力バスバー100は、パワーモジュール側バスバー74の終端部上に対応して取り付けられる部分を規準として少なくとも3段の段差が設定されていることが好ましい。
Also, under such conditions, while securing the necessary strength and rigidity of the plate-shaped
以上の説明から明らかなように、本実施形態における電力変換装置1においては、パワーモジュール70及び電動モータを電気的に接続するバスバー100が、それがその一端部からその他端部に向かって上昇しながら電流センサ120の貫通孔122に挿入自在となるように、多段に折り曲げた多段構造を有するものであるため、外部装置からの振動の影響を抑制しながら、バスバー100と電流センサ120との組み立て性を向上すると共に、ケース10内の実装スペースを確保して部品点数を削減することができる。特に、バスバー100を電流センサ120の貫通孔122に挿入可能となるように多段に折り曲げることにより、その入力端部及び出力端部間のバスバーの高さ寸法を分割して個々の段差長を小さくすることができるため、電流センサ120の貫通孔122の孔径が相対的に小さい場合でもあっても、バスバー100を貫通孔122に相対的にジグザクに侵入させながら挿通させることができ、その組み付け性を向上することができる。 また、バスバー100の固定時には、電流センサ120の貫通孔122に対するバスバー100の挿通部が電流センサ120に接触していないため、電動モータからの振動によって電流センサ120の端子や半田部に与える影響を格段に低減することができる。併せて、バスバー100に多段構造を与えることで、その強度や剛性、及びプレス成形時の形状精度を向上することができ、バスバー100の組み付け後において、電流センサ120の貫通孔122に対するバスバー100の不要な接触を抑制することができる。
As is clear from the above description, in the power conversion device 1 according to the present embodiment, the
また、本実施形態における電力変換装置1においては、多段構造の段差長が、電動モータに対するバスバー100の接続端部側に向かうにつれて長くなるように設定されているものであるため、バスバー100の個々の段差長を抑え、電流センサ120の貫通孔122を挿通させることが可能な部分を増やしつつ、電流センサ120から離間した位置でパワーモジュール70側のバスバー74を固定することができる。この結果、パワーモジュール70側のバスバー74の固定部周辺のスペースを空けることが可能となり、対応してケース10のサイズを小さくすることができる。
Moreover, in the power converter device 1 in this embodiment, the step length of the multistage structure is set so as to become longer toward the connection end portion side of the
また、本実施形態における電力変換装置1においては、バスバー100と電流センサ120とを相対的に傾けながら相対移動してバスバー100を電流センサ120の貫通孔122に挿通する際に、多段構造の内で最も電動モータに対するバスバーの接続端部側に存在する段差長の挿通高さは、貫通孔122の径よりも大きく設定されているものであるため、電動モータに対するバスバー100の接続端部の位置と、電流センサ120の貫通孔122の位置との差が大きい場合であっても、バスバー100を電流センサ120の貫通孔122に挿通した状態で、電動モータに対してバスバー100を電気的に接続することができる。
Further, in the power conversion device 1 in the present embodiment, when the
また、本実施形態における電力変換装置1においては、バスバー100が、ケース10に設けられた位置決め部18に嵌合されているものであるため、ケース10に設けた位置決めピン等の位置決め部18にバスバー100の一部を位置整合させて嵌合することで、バスバー100を位置決めすることができるため、ボルト等の締結部材が必要なく、部品点数及び組み付け工数を削減することができる。
Moreover, in the power converter 1 in this embodiment, since the
なお、本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。 In the present invention, the type, shape, arrangement, number, and the like of the members are not limited to the above-described embodiment, and the gist of the invention is appropriately replaced such that the constituent elements are appropriately replaced with those having the same operational effects. Of course, it can be changed as appropriate without departing from the scope.
以上のように、本発明は、外部装置からの振動の影響を抑制しながら、バスバーと電流センサとの組み立て性を向上すると共に、ケース内の実装スペースを確保して部品点数を削減することができる電力変換装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格からハイブリッド自動車等の車両用の電力変換装置に広く適用され得るものと期待される。 As described above, the present invention improves the assembly of the bus bar and the current sensor while suppressing the influence of vibration from the external device, and secures the mounting space in the case to reduce the number of parts. It is expected that the power conversion device can be widely applied to power conversion devices for vehicles such as hybrid vehicles because of its universal universal character.
1…電力変換装置
10…ロアケース(メインケース)
12…側周壁
13…底壁
16…カラー
18…位置決めピン
19…開口部
20…外側端子台
22…凹部
24…カラー
26…締結部材
28…切り欠き部
30…切り欠き部
40…アッパケース
42…側周壁
43…上壁
44…切り欠き部
46…切り欠き部
47…突出壁
60…ヒートシンク
62…本体部
64…フィン
66…凹部
70…パワーモジュール
72…モジュールケース
74…パワーモジュール側バスバー
76…ヒートスプレッダ
80…回路基板
82…実装部品占有領域
100…出力バスバー
102…締結部材
104…シールド板
106…第1平板部
107…第1段差接続部
108…第2平板部
109…第2段差接続部
110…第3平板部
111…第3段差接続部
112…第4平板部
113…第4段差接続部
114…第5平板部
113…第4段差接続部
114…第5平板部
120…電流センサ
121…ケース
122…貫通孔
1 ...
12 ...
Claims (4)
前記バスバーは、前記バスバーがその一端部からその他端部に向かって上昇しながら電流センサの貫通孔に挿入自在となるように、多段に折り曲げた多段構造を有することを特徴とする電力変換装置。 A power module that exhibits a power conversion function that converts power supplied to the electric motor; a bus bar that electrically connects the power module and the electric motor; a current sensor that detects a current flowing through the bus bar; and the power module; In a power converter comprising a case for housing the bus bar and the current sensor,
The bus bar has a multi-stage structure in which the bus bar is bent in multiple stages so that the bus bar can be inserted into the through hole of the current sensor while rising from one end to the other end.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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2014
- 2014-11-19 JP JP2014234719A patent/JP2016100943A/en active Pending
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