JP2019126190A - インバータ - Google Patents

Abstract

【課題】接続部材を接続する際の作業性を向上させることができるインバータを提供する。【解決手段】インバータ１は、互いに対向する外側壁４，５を有するインバータケース２と、インバータケース２内を覆うインバータカバー３と、インバータケース２内に配置された主回路基板１１と、インバータケース２内に外側壁４側に向けて延びるように配置されると共に、主回路基板１１と接続された複数の入力端子２１（２１Ａ，２１Ｂ）と、インバータケース２内に外側壁５側に向けて延びるように配置されると共に、主回路基板１１と接続された複数の出力端子２７（２７Ａ〜２７Ｃ）とを備え、入力端子２１及び出力端子２７は、外側壁４，５の対向方向に垂直な方向に沿って交互に配列されている。【選択図】図１

Description

本発明は、インバータに関する。

従来のインバータとしては、例えば特許文献１，２に記載されている技術が知られている。特許文献１には、車両の電動パワーステアリング装置に使用され、電動モータ部と一体化されたインバータとしての電子制御装置部について記載されている。電子制御装置部は、ＥＣＵハウジングと、このＥＣＵハウジングに収納された電子制御組立体とを備えている。ＥＣＵハウジングの端面には、蓋体が固定されている。蓋体には、電力供給用のコネクタ端子形成部と、検出センサ用のコネクタ端子形成部と、制御状態送出用のコネクタ端子形成部とが設けられている。

特許文献２に記載されたインバータとしての電力変換装置は、インバータ回路が内蔵されたパワーモジュールと、インバータ回路を制御する制御回路基板とを備えている。パワーモジュールは、ベースと、このベースに取り付けられたケースとを有している。ケースの一つの側面には、正極側主電極及び負極側主電極が突出されて形成されている。ケースの反対側の側面には、３つの交流側主電極が突出されて形成されている。

特開２０１６−１４６７０２号公報 特開２０１０−１２４６９１号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、特許文献１では、電動モータ部と一体化された電子制御装置部が車両に搭載された状態において、電子制御装置部の蓋体側のスペースが狭い場合には、電力供給用のコネクタ端子形成部に電源ケーブルを接続することが困難になり、作業性が悪化する。

特許文献２では、正極側主電極及び負極側主電極がケースの一つの側面に突出され、３つの交流側主電極がケースの反対側の側面に突出されているため、パワーモジュールにおけるベースの反対側のスペースが狭い場合でも、正極側主電極、負極側主電極及び各交流側主電極に直流バスバーを接続することはできる。しかし、正極側主電極と負極側主電極との間の距離が短い場合には、正極側主電極及び負極側主電極に直流バスバーを接続する作業が行いにくく、作業性が悪化する。また、各交流側主電極間の距離が短い場合には、交流側主電極に直流バスバーを接続する作業が行いにくく、作業性が悪化する。

本発明の目的は、接続部材を接続する際の作業性を向上させることができるインバータを提供することである。

本発明の一態様に係るインバータは、互いに対向する２つの外側壁を有するインバータケースと、インバータケース内を覆うインバータカバーと、インバータケース内に配置された主回路基板と、インバータケース内に２つの外側壁の一方の側に向けて延びるように配置されると共に、主回路基板と接続された複数の第１端子と、インバータケース内に２つの外側壁の他方の側に向けて延びるように配置されると共に、主回路基板と接続された複数の第２端子とを備え、第１端子及び第２端子は、２つの外側壁の対向方向に垂直な方向に沿って交互に配列されていることを特徴とする。

このようなインバータにおいては、第１端子は、インバータケース内に２つの外側壁の一方の側に向けて延びるように配置されている。第２端子は、インバータケース内に２つの外側壁の他方の側に向けて延びるように配置されている。そして、第１端子及び第２端子は、２つの外側壁の対向方向に垂直な方向に沿って交互に配列されている。従って、少なくとも第２端子の幅分だけ各第１端子間の距離が確保されるため、第１端子に接続部材を接続する作業が行いやすくなる。また、少なくとも第１端子の幅分だけ各第２端子間の距離が確保されるため、第２端子に接続部材を接続する作業が行いやすくなる。これにより、接続部材を接続する際の作業性が向上する。

第１端子は、主回路基板に電力を供給するための電源ケーブルが接続される入力端子であり、第２端子は、主回路基板からの信号をモータに出力するためのモータケーブルが接続される出力端子であってもよい。このような構成では、電源ケーブルを入力端子に接続する作業が行いやすくなる。また、モータケーブルを出力端子に接続する作業が行いやすくなる。

入力端子には、２つの外側壁の一方の側方から電源ケーブルが接続されてもよい。このような構成では、車両等にインバータが搭載された状態において、インバータカバー側のスペースが狭い場合でも、電源ケーブルを入力端子に接続することができる。

出力端子には、インバータケースにおけるインバータカバーの反対側からモータケーブルが接続されてもよい。このような構成では、車両等にインバータがモータと共に搭載される前に、インバータケースに対する入力端子及び出力端子の組み付け方向と同じ方向において、モータケーブルを出力端子に組み付けることができる。

本発明によれば、接続部材を接続する際の作業性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るインバータを示す分解斜視図である。 図１に示されたインバータの側面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図３のIV−IV線断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るインバータを示す分解斜視図である。図２は、図１に示されたインバータの側面図である。図３は、図２のIII−III線断面図である。図４は、図３のIV−IV線断面図である。

図１〜図４において、本実施形態のインバータ１は、モータ４０と一体化されている。モータ４０は、三相交流モータである。そのようなモータ付きのインバータ１は、例えばバッテリ式フォークリフト等の産業車両に搭載されている。インバータ１は、バッテリ（図示せず）からの直流電流を交流電流に変換してモータ４０を制御する。

インバータ１は、一方側に開口したインバータケース２と、このインバータケース２内を覆うようにインバータケース２の上面２ａ（開口面）に固定されたインバータカバー３とを備えている。上記のモータ４０は、インバータケース２の底面側（インバータケース２に対してインバータカバー３の反対側）に配置されている。インバータケース２及びインバータカバー３は、平面視略矩形状を有している。

インバータケース２は、外側壁４〜７と、内側壁８とを有している。外側壁４，５同士は、互いに対向している。外側壁４の面積は、外側壁５の面積よりも大きい。外側壁６は、外側壁４と繋がる大面積領域６ａと、外側壁５と繋がる小面積領域６ｂと、大面積領域６ａと小面積領域６ｂとの間に配置された屈曲領域６ｃとを有している。外側壁７は、外側壁４と繋がる大面積領域７ａと、外側壁５と繋がる小面積領域７ｂと、大面積領域７ａと小面積領域７ｂとの間に配置された屈曲領域７ｃとを有している。外側壁６，７の大面積領域６ａ，７ａ同士は、外側壁４，５の対向方向（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）に互いに対向している。外側壁６，７の小面積領域６ｂ，７ｂ同士は、外側壁４，５の対向方向に対して垂直な方向に互いに対向している。

内側壁８は、インバータケース２内に配置されている。内側壁８は、外側壁６における小面積領域６ｂと屈曲領域６ｃとの接続部と、外側壁７における小面積領域７ｂと屈曲領域７ｃとの接続部とを繋いでいる。内側壁８は、外側壁４，５と互いに対向している。

外側壁４と外側壁６の大面積領域６ａ及び屈曲領域６ｃと外側壁７の大面積領域７ａ及び屈曲領域７ｃと内側壁８とで画成される内部空間は、基板収容部９を形成している。外側壁５と外側壁６の小面積領域６ｂと外側壁７の小面積領域７ｂと内側壁８とで画成される内部空間は、モータケーブル収容部１０を形成している。

基板収容部９には、主回路基板１１と制御基板１２とが収容されている。主回路基板１１は、複数のボルト１３によりインバータケース２に固定されている。制御基板１２は、複数のボルト１４によりインバータケース２に固定されている。

主回路基板１１は、半導体基板であるＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）基板１５とコンデンサ基板１６とが積層された構造を有している。ＭＯＳ基板１５には、複数の半導体素子であるＭＯＳ素子１７（図１では省略）が実装されている。ＭＯＳ素子には、スイッチング素子等が含まれる。コンデンサ基板１６には、複数のコンデンサ１８が実装されている。制御基板１２は、主回路基板１１よりもインバータカバー３側に配置されている。制御基板１２には、複数の電子制御部品１９が実装されている。

主回路基板１１よりもモータ４０側には、主回路基板１１からの熱を放熱するヒートシンク２０が配置されている。ヒートシンク２０は、主回路基板１１のＭＯＳ基板１５の下面に接触するようにインバータケース２に取り付けられている。ヒートシンク２０は、複数の放熱フィン２０ａを有している。ＭＯＳ素子１７から発生した熱は、ＭＯＳ基板１５を通ってヒートシンク２０により放熱される。

また、基板収容部９には、バスバー構造の入力端子２１Ａ，２１Ｂ（以下、まとめて入力端子２１ということがある）が収容されている。入力端子２１Ａ，２１Ｂは、主回路基板１１及び制御基板１２と接続された第１端子である。入力端子２１Ａ，２１Ｂは、主回路基板１１と制御基板１２との間に互いに平行に配置されている。入力端子２１Ａ，２１Ｂは、外側壁４，５の対向方向（Ｘ方向）に延在している。入力端子２１Ａ，２１Ｂは、基板収容部９の中央部から外側壁４に向かって延びている。

入力端子２１Ａ，２１Ｂの先端側部分は円筒状を呈し、入力端子２１Ａ，２１Ｂの基端側部分は略平板状を呈している。入力端子２１Ａ，２１Ｂの基端側部分は、複数のボルト２２によりそれぞれ中継端子２３Ａ，２３Ｂ及び主回路基板１１を介してインバータケース２に固定されている。

入力端子２１Ａは、正極側の端子である。入力端子２１Ｂは、負極側の端子である。入力端子２１Ａは、主回路基板１１及び制御基板１２の正極パターンと電気的に接続されている。入力端子２１Ｂは、主回路基板１１及び制御基板１２の負極パターンと電気的に接続されている。

外側壁４には、インバータケース２の上面２ａに開放し、入力端子２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ通す切欠部２４Ａ，２４Ｂが設けられている。入力端子２１Ａ，２１Ｂの先端部は、外側壁４の外側に突き出ている。

入力端子２１Ａ，２１Ｂの先端側部分には、電源ケーブル４１Ａ，４１Ｂがそれぞれ差し込まれる挿入穴２５Ａ，２５Ｂがそれぞれ設けられている。電源ケーブル４１Ａ，４１Ｂは、バッテリ（図示せず）からの電力を主回路基板１１及び制御基板１２に供給するための接続部材である。挿入穴２５Ａ，２５Ｂには、雌ネジが形成されている。電源ケーブル４１Ａ，４１Ｂの先端部には、雄ネジ部４２が設けられている。外側壁４の側方から電源ケーブル４１Ａ，４１Ｂの雄ネジ部４２を挿入穴２５Ａ，２５Ｂにねじ込むことで、電源ケーブル４１Ａ，４１Ｂが入力端子２１Ａ，２１Ｂにそれぞれ接続される。

モータケーブル収容部１０には、モータ４０から引き出されたモータケーブル２６Ａ〜２６Ｃの先端部分が収容されている。なお、図１及び図３では、モータケーブル２６Ａ〜２６Ｃは省略されている。モータケーブル２６Ａ〜２６Ｃは、バスバー構造の出力端子２７Ａ〜２７Ｃ（以下、まとめて出力端子２７ということがある）とそれぞれ連結され、主回路基板１１からの制御信号をモータ４０に出力するための接続部材である。

出力端子２７Ａ〜２７Ｃは、主回路基板１１と接続された第２端子である。出力端子２７Ａ〜２７Ｃは、主回路基板１１と制御基板１２との間に互いに平行に配置されている。出力端子２７Ａ〜２７Ｃは、外側壁４，５の対向方向（Ｘ方向）に延在している。出力端子２７Ａ〜２７Ｃは、基板収容部９の中央部から外側壁５に向かって延びている。

出力端子２７Ａ〜２７Ｃは、平板状を呈している。出力端子２７Ａ〜２７Ｃの基端側部分は、複数のボルト２９によりそれぞれ中継端子３０Ａ〜３０Ｃ及び主回路基板１１を介してインバータケース２に固定されている。

インバータケース２の内側壁８には、インバータケース２の上面２ａに開放し、出力端子２７Ａ〜２７Ｃをそれぞれ通す切欠部２８Ａ〜２８Ｃが設けられている。従って、出力端子２７Ａ〜２７Ｃは、基板収容部９及びモータケーブル収容部１０にわたって収容されている。

モータケーブル２６Ａ〜２６Ｃの先端部には、雄ネジ部４３が設けられている。出力端子２７Ａ〜２７Ｃの先端部には、雄ネジ部４３が通る丸穴４４が設けられている。インバータケース２の底面側（インバータカバー３とは反対側）からモータケーブル２６Ａ〜２６Ｃの雄ネジ部４３を出力端子２７Ａ〜２７Ｃの丸穴４４に通した状態で、ナット４５を雄ネジ部４３に締め付けることで、モータケーブル２６Ａ〜２６Ｃが出力端子２７Ａ〜２７Ｃにそれぞれ接続される。

入力端子２１及び出力端子２７は、外側壁６，７の対向方向（Ｙ方向）に沿って交互に配列されている。具体的には、入力端子２１及び出力端子２７は、外側壁６側から外側壁７側に向かって、出力端子２７Ａ、入力端子２１Ａ、出力端子２７Ｂ、入力端子２１Ｂ及び出力端子２７Ｃの順に配列されている。隣り合う入力端子２１及び出力端子２７同士の間隔は、全て等しい。従って、入力端子２１Ａ，２１Ｂ間の距離、出力端子２７Ａ，２７Ｂ間の距離、出力端子２７Ｂ，２７Ｃ間の距離は、全て等しい。なお、隣り合う入力端子２１及び出力端子２７同士の間隔は、全て等しい構成でなくてもよい。

インバータケース２の外側壁７の外壁面には、外部コネクタ（図示せず）が着脱される信号線コネクタ３１が支持部３２を介して設けられている。信号線コネクタ３１は、制御基板１２の信号パターンと電気的に接続されている。信号線コネクタ３１は、モータ４０の軸方向におけるモータ４０側に開口している。

インバータケース２とインバータカバー３との間には、シールゴム３３が配置されている。シールゴム３３は、インバータケース２の上面２ａとインバータカバー３との間を封止するシール部３４と、入力端子２１Ａ，２１Ｂとインバータケース２及びインバータカバー３との間をそれぞれ封止するシール部３５Ａ，３５Ｂと、出力端子２７Ａ〜２７Ｃとインバータケース２及びインバータカバー３との間をそれぞれ封止するシール部３６Ａ〜３６Ｃとを有している。

シール部３４は、インバータケース２の外側壁４〜７及び内側壁８とインバータカバー３と間に介在されている。シール部３５Ａ，３５Ｂは、入力端子２１Ａ，２１Ｂに組み付けられると共に外側壁４の切欠部２４Ａ，２４Ｂと嵌合するようにシール部３４と一体化されている。シール部３５Ａ，３５Ｂは、入力端子２１Ａ，２１Ｂとインバータケース２における切欠部２４Ａ，２４Ｂの縁部及びインバータカバー３との間に介在されている。シール部３６Ａ〜３６Ｃは、出力端子２７Ａ〜２７Ｃに組み付けられると共に内側壁８の切欠部２８Ａ〜２８Ｃと嵌合するようにシール部３４と一体化されている。シール部３６Ａ〜３６Ｃは、出力端子２７Ａ〜２７Ｃとインバータケース２における切欠部２８Ａ〜２８Ｃの縁部及びインバータカバー３との間に介在されている。

シール部３５Ａ，３５Ｂは、インバータ１の上下方向（Ｚ方向）に垂直に切った断面において、外側壁４の内側及び外側から外側壁４を挟むような断面Ｕ字状を有している（図３参照）。シール部３６Ａ〜３６Ｃは、インバータ１の上下方向に垂直に切った断面において、内側壁８の内側（外側壁４側）及び外側（外側壁５側）から内側壁８を挟むような断面Ｕ字状を有している（図３参照）。

以上のようなインバータ１を組み立てるときは、まず複数のボルト１３を用いてインバータケース２に主回路基板１１を組み付ける。このとき、インバータケース２の上方からボルト１３を締結する。

続いて、図１に示されるように、入力端子２１Ａ，２１Ｂ及び出力端子２７Ａ〜２７Ｃとシールゴム３３とを組み付けてサブアッシー３７を形成する。

続いて、インバータケース２にサブアッシー３７を組み付ける。具体的には、まずシール部３４がインバータケース２の上面２ａ上に載置されると共に、シール部３５Ａ，３５Ｂが外側壁４の切欠部２４Ａ，２４Ｂとそれぞれ嵌合し、シール部３６Ａ〜３６Ｃが内側壁８の切欠部２８Ａ〜２８Ｃとそれぞれ嵌合するように、サブアッシー３７をインバータケース２に対して配置する。そして、その状態で、複数のボルト２２を用いて入力端子２１Ａ，２１Ｂをインバータケース２に固定すると共に、複数のボルト２９を用いて出力端子２７Ａ〜２７Ｃをインバータケース２に固定する。このとき、インバータケース２の上方からボルト２２，２９を締結する。

また、上述したように、モータケーブル２６Ａ〜２６Ｃの雄ネジ部４３を出力端子２７Ａ〜２７Ｃの丸穴４４に通した状態で、ナット４５によりモータケーブル２６Ａ〜２６Ｃを出力端子２７Ａ〜２７Ｃにそれぞれ連結する。このとき、インバータケース２の上方からナット４５を締め付ける。

続いて、複数のボルト１４を用いて、サブアッシー３７が組み付けられたインバータケース２に制御基板１２を組み付ける。このとき、インバータケース２の上方からボルト１４を締結する。

続いて、複数のボルト３８を用いて、サブアッシー３７及び制御基板１２が組み付けられたインバータケース２にインバータカバー３を組み付ける。このとき、インバータケース２の上方からボルト３８を締結する。

以上のように本実施形態にあっては、入力端子２１Ａ，２１Ｂは、インバータケース２内に外側壁４側に向けて延びるように配置されている。出力端子２７Ａ〜２７Ｃは、インバータケース２内に外側壁５側に向けて延びるように配置されている。そして、入力端子２１及び出力端子２７は、外側壁４，５の対向方向に垂直な方向に沿って交互に配列されている。従って、少なくとも出力端子２７の幅分だけ各入力端子２１間の距離が確保されるため、入力端子２１Ａ，２１Ｂに電源ケーブル４１Ａ，４１Ｂをそれぞれ接続する作業が行いやすくなる。また、少なくとも入力端子２１の幅分だけ各出力端子２７間の距離が確保されるため、出力端子２７Ａ〜２７Ｃにモータケーブル２６Ａ〜２６Ｃをそれぞれ接続する作業が行いやすくなる。これにより、電源ケーブル４１Ａ，４１Ｂ及びモータケーブル２６Ａ〜２６Ｃを接続する際の作業性が向上する。その結果、例えば電源ケーブル４１Ａ，４１Ｂ同士のショートを確実に防ぐことが可能となる。

また、本実施形態では、入力端子２１Ａ，２１Ｂには、外側壁４の側方から電源ケーブル４１Ａ，４１Ｂがそれぞれ接続される。従って、産業車両にインバータ１が搭載された状態において、インバータカバー３側のスペースが狭い場合でも、電源ケーブル４１Ａ，４１Ｂを入力端子２１Ａ，２１Ｂにそれぞれ接続することができる。

また、本実施形態では、出力端子２７Ａ〜２７Ｃには、インバータケース２におけるインバータカバー３の反対側からモータケーブル２６Ａ〜２６Ｃがそれぞれ接続される。従って、産業車両にインバータ１がモータ４０と共に搭載される前に、インバータケース２に対する入力端子２１Ａ，２１Ｂ及び出力端子２７Ａ〜２７Ｃの組み付け方向と同じ方向において、モータケーブル２６Ａ〜２６Ｃを出力端子２７Ａ〜２７Ｃにそれぞれ組み付けることができる。これにより、インバータ１の組み立て作業を行う際の作業性が向上する。

さらに、本実施形態では、入力端子２１Ａ，２１Ｂは外側壁４側に向けて延びており、出力端子２７Ａ〜２７Ｃは外側壁５側に向けて延びているので、インバータ１を高さ方向に小型化することができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、電源ケーブル４１Ａ，４１Ｂがインバータケース２の外側壁４の側方から入力端子２１Ａ，２１Ｂに接続されているが、特にその形態には限られず、例えば電源ケーブル４１Ａ，４１Ｂがインバータケース２の底面側から入力端子２１Ａ，２１Ｂに接続されていてもよい。また、モータケーブル２６Ａ〜２６Ｃがインバータケース２の底面側から出力端子２７Ａ〜２７Ｃに接続されているが、インバータ１に対するモータ４０の配置箇所等によっては、例えばモータケーブル２６Ａ〜２６Ｃがインバータケース２の外側壁５の側方から出力端子２７Ａ〜２７Ｃに接続されていてもよい。

また、上記実施形態では、インバータ１はモータ４０と一体化されているが、本発明は、モータとは別体のインバータにも適用可能である。この場合、インバータは、インバータケースの互いに対向する２つの外側壁の一方の側に向けて延びる複数の第１端子と、インバータケースの互いに対向する２つの外側壁の他方の側に向けて延びる複数の第２端子とを備え、第１端子及び第２端子が２つの外側壁の対向方向に垂直な方向に沿って交互に配列された構造を有していればよい。

１…インバータ、２…インバータケース、３…インバータカバー、４…外側壁、５…外側壁、１１…主回路基板、２１，２１Ａ，２１Ｂ…入力端子（第１端子）、２６Ａ〜２６Ｃ…モータケーブル、２７，２７Ａ〜２７Ｃ…出力端子（第２端子）、４１Ａ，４１Ｂ…電源ケーブル。

Claims (4)

1. 互いに対向する２つの外側壁を有するインバータケースと、
   前記インバータケース内を覆うインバータカバーと、
   前記インバータケース内に配置された主回路基板と、
   前記インバータケース内に前記２つの外側壁の一方の側に向けて延びるように配置されると共に、前記主回路基板と接続された複数の第１端子と、
   前記インバータケース内に前記２つの外側壁の他方の側に向けて延びるように配置されると共に、前記主回路基板と接続された複数の第２端子とを備え、
   前記第１端子及び前記第２端子は、前記２つの外側壁の対向方向に垂直な方向に沿って交互に配列されていることを特徴とするインバータ。
2. 前記第１端子は、前記主回路基板に電力を供給するための電源ケーブルが接続される入力端子であり、
   前記第２端子は、前記主回路基板からの信号をモータに出力するためのモータケーブルが接続される出力端子であることを特徴とする請求項１記載のインバータ。
3. 前記入力端子には、前記２つの外側壁の一方の側方から前記電源ケーブルが接続されることを特徴とする請求項２記載のインバータ。
4. 前記出力端子には、前記インバータケースにおける前記インバータカバーの反対側から前記モータケーブルが接続されることを特徴とする請求項２または３記載のインバータ。

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