JP2020145889A - インバータの固定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】モータに対するインバータの専有面積を大型化することなく、組付性を向上することができるインバータの固定構造を提供する。【解決手段】モータ３に固定部材５を介して組付けられる組付部７を有するパワーモジュール９と、モータ３とパワーモジュール９とを電気的に接続するバスバと、パワーモジュール９に電気的に接続される第１基板１３と、第１基板１３に電気的に接続される第２基板１５と、バスバの近傍に配置される検出部１７を有し第２基板１５に電気的に接続される電流センサ１９とを備えたインバータ１において、第１基板１３と第２基板１５と電流センサ１９とのうちモータ３に対してパワーモジュール９の組付部７を挟んで対向して配置される部材に、組付部７を開放させ、固定部材５を組付部７に組付可能とする回避部２１を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に適用されるインバータの固定構造に関する。詳細には、モータに組付けられるパワーモジュールを有するインバータの固定構造に関する。

従来、インバータに用いられる電流センサとしては、モータとパワーモジュールとを電気的に接続するバスバと、バスバの近傍に配置される検出部を有する電流センサとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この電流センサでは、バスバがケーシング内に収容され、検出部が樹脂モールド内に配置されており、ケーシングと樹脂モールドとを組付けることによって、バスバが検出部の近傍に配置される。

このような電流センサは、モータに組付けられる筐体に対して、ケーシング及び樹脂モールドに設けられた固定部で固定することにより、バスバの一端がモータに電気的に接続され、バスバの他端がドライブ基板とコントロール基板とに電気的に接続されたパワーモジュールに電気的に接続される。

このようにモータに組付けられる筐体に電流センサを固定させるインバータでは、モータにおいて、パワーモジュールを配置させる配置スペースと、筐体を配置させる配置スペースとが必要であり、モータに対するインバータの専有面積が大型化していた。

これに対して、パワーモジュール上に、ドライブ基板と、コントロール基板と、電流センサとを配置させたインバータがある。

このインバータでは、パワーモジュールに、モータに固定部材を介して組付けられる組付部が設けられており、パワーモジュールをモータ上に配置した状態で、組付部に固定部材を組付けることによって、パワーモジュールがモータに固定されるようなインバータの固定構造となっている。

このようなインバータの固定構造では、モータにおいて、パワーモジュールを配置させる配置スペースのみを設ければよく、モータに対するインバータの専有面積を小型化することができる。

特開２０１６−２０６０１５号公報

しかしながら、上記特許文献１のようなインバータの固定構造では、パワーモジュールの組付部の上方に、他の部材が配置されていると、組付部に対して、固定部材を組付けることが難しく、組付性が低下する恐れがあった。

また、パワーモジュールの上方に位置する部材と、固定部材との干渉を避けるために、パワーモジュールの外周に張り出すように組付部を設けてしまうと、パワーモジュールが大型化してしまい、モータに対するインバータの専有面積が大型化してしまう。

そこで、この発明は、モータに対するインバータの専有面積を大型化することなく、組付性を向上することができるインバータの固定構造の提供を目的としている。

請求項１記載の発明は、モータに固定部材を介して組付けられる組付部を有するパワーモジュールと、前記モータと前記パワーモジュールとを電気的に接続するバスバと、前記パワーモジュールに電気的に接続される第１基板と、前記第１基板に電気的に接続される第２基板と、前記バスバの近傍に配置される検出部を有し前記第２基板に電気的に接続される電流センサとを備えたインバータの固定構造であって、前記第１基板と前記第２基板と前記電流センサとのうち前記モータに対して前記パワーモジュールの前記組付部を挟んで対向して配置される部材には、前記組付部を開放させ、前記固定部材を前記組付部に組付可能とする回避部が設けられていることを特徴とする。

このインバータの固定構造では、第１基板と第２基板と電流センサとのうちモータに対してパワーモジュールの組付部を挟んで対向して配置される部材に、組付部を開放させ、固定部材を組付部に組付可能とする回避部が設けられているので、パワーモジュールに第１基板と第２基板と電流センサとが搭載された状態であっても、回避部から固定部材を組付部に組付けることができ、組付性を向上することができる。

また、固定部材は、回避部から組付部に組付けることができるので、組付部をパワーモジュールの外周に張り出して設ける必要がなく、パワーモジュールの大型化を防止することができる。

従って、このようなインバータの固定構造では、モータに対するインバータの専有面積を大型化することなく、組付性を向上することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のインバータの固定構造であって、前記モータに対して前記パワーモジュールの前記組付部を挟んで対向して配置される部材は、前記電流センサであり、前記電流センサの前記検出部は、複数が離間して配置され、前記回避部は、前記検出部に隣接して設けられていることを特徴とする。

このインバータの固定構造では、モータに対してパワーモジュールの組付部を挟んで対向して配置される部材が、電流センサであるので、第１基板や第２基板に回避部を設ける必要がなく、第１基板や第２基板に形成された回路に影響を与えることがない。

また、電流センサに設けられた回避部は、検出部に隣接して設けられているので、バスバの電流の検出に必要のない空きスペースを回避部とすることができ、バスバの電流の検出に影響を与えることがない。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のインバータの固定構造であって、前記電流センサの前記検出部は、前記第２基板の外周から露出して配置され、前記第２基板と前記電流センサとの間には、前記第２基板と前記電流センサを電気的に接続する接続部と、前記第２基板に前記電流センサを固定する固定部とが設けられ、前記接続部と前記固定部とは、前記第２基板の範囲内に設けられ、前記固定部は、前記第２基板の外周に対して前記接続部より内側に配置されていることを特徴とする。

このインバータの固定構造では、第２基板と電流センサとの接続部と固定部とが、第２基板の範囲内に設けられているので、接続部や固定部を設けるために、不必要に第２基板が大型化することがない。

また、固定部は、第２基板の外周に対して接続部より内側に配置されているので、電流センサにかかる荷重を第２基板の外周より内側で受けることによって、接続部への影響を抑制することができ、第２基板と電流センサとの接続信頼性を保持することができる。

本発明によれば、モータに対するインバータの専有面積を大型化することなく、組付性を向上することができるインバータの固定構造を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るインバータをモータに組付けるときの斜視図である。 本発明の実施の形態に係るインバータの断面図である。 本発明の実施の形態に係るインバータの電流センサの斜視図である。 本発明の実施の形態に係るインバータの電流センサをコントロール基板に組付けるときの斜視図である。

図１〜図４を用いて本発明の実施の形態に係るインバータの固定構造について説明する。

本実施の形態に係るインバータ１の固定構造は、モータ３に固定部材５を介して組付けられる組付部７を有するパワーモジュール９と、モータ３とパワーモジュール９とを電気的に接続するバスバ１１と、パワーモジュール９に電気的に接続される第１基板としてのドライブ基板１３と、ドライブ基板１３に電気的に接続される第２基板としてのコントロール基板１５と、バスバ１１の近傍に配置される検出部１７を有しコントロール基板１５に電気的に接続される電流センサ１９とを備えている。

そして、ドライブ基板１３とコントロール基板１５と電流センサ１９とのうちモータ３に対してパワーモジュール９の組付部７を挟んで対向して配置される部材には、組付部７を開放させ、固定部材５を組付部７に組付可能とする回避部２１が設けられている。

また、モータ３に対してパワーモジュール９の組付部７を挟んで対向して配置される部材は、電流センサ１９であり、電流センサ１９の検出部１７は、複数が離間して配置されている。

そして、回避部２１は、検出部１７に隣接して設けられている。

さらに、電流センサ１９の検出部１７は、コントロール基板１５の外周から露出して配置され、コントロール基板１５と電流センサ１９との間には、コントロール基板１５と電流センサ１９を電気的に接続する接続部２３と、コントロール基板１５に電流センサ１９を固定する固定部２５とが設けられている。

そして、接続部２３と固定部２５とは、コントロール基板１５の範囲内に設けられ、固定部２５は、コントロール基板１５の外周に対して接続部２３より内側に配置されている。

ここで、本実施の形態に係るインバータ１は、ハイブリッド車や電気自動車などの電動車両に搭載されたモータ３とバッテリなどの電源（不図示）との間に配置されている。

図１に示すように、モータ３は、電動車両に搭載され、電源からインバータ１を介して供給される電力によって電動車両を駆動する推進用の駆動源となっている。

図１〜図４に示すように、インバータ１は、パワーモジュール９と、コントロール基板１５と、ドライブ基板１３と、電流センサ１９と、バスバ１１とを備えている。

パワーモジュール９は、平滑コンデンサ（不図示）で平滑化された電源からの直流電力を三相交流電力に変換する。

このパワーモジュール９は、ＵＶＷの各相の上アーム及び下アームを構成する６つのパワー半導体スイッチング素子（不図示）を有している。

なお、パワー半導体スイッチング素子には、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を用いることができる。

コントロール基板１５は、パワーモジュール９の上面側に、ボルトなどの固定手段によって固定される合成樹脂などからなるブラケット２７の上面側に、ボルトなどの固定手段によって固定される。

このコントロール基板１５には、コントロール回路が形成され、車両に搭載された各機構の作動を制御するコントローラ（不図示）に電気的に接続され、コントローラからのトルク指令値が入力される。

このようなコントロール基板１５は、コネクタなどの接続手段（不図示）を介してドライブ基板１３に電気的に接続され、コントローラから入力されたトルク指令値に応じたデューティー比のパルス信号をドライブ基板１３に出力する。

ドライブ基板１３は、ブラケット２７の下面側に、ボルトなどの固定手段によって固定されると共に、パワーモジュール９の上面側に、半田付けやボルトなどの接続手段によってパワーモジュール９に電気的に接続されている。

このドライブ基板１３には、ドライブ回路が形成され、コントロール基板１５から入力されたパルス信号に基づいて制御信号を生成し、パワーモジュール９の各パワー半導体スイッチング素子の制御電極（例えば、ゲート）に出力する。

このようなドライブ基板１３は、生成された制御信号により、パワーモジュール９の各パワー半導体スイッチング素子を、コントローラからのトルク指令値に応じたトルクをモータ３に出力させるパターンでオンオフ動作させる。

このようなドライブ基板１３とコントロール基板１５との間には、電流センサ１９が配置されている。

電流センサ１９は、コントロール基板１５の下面側に、ボルト２９が締結される固定部２５を介して固定されると共に、複数の端子からなる接続部２３を半田付けすることによってコントロール基板１５に電気的に接続されている。

この電流センサ１９には、コントロール基板１５とドライブ基板１３とから露出する部分に、ＵＶＷの各相に応じたバスバ１１が挿通して配置され、コイル３１と素子（不図示）が内蔵された３つの検出部１７が形成されている。

この３つの検出部１７は、コントロール基板１５の外周の一辺に沿ってそれぞれ離間して配置されている。

このような電流センサ１９は、各検出部１７を挿通して配置されたバスバ１１を流れる電流値を検出し、コントロール基板１５を介して検出した電流値をコントローラに出力する。

このような電流センサ１９をコントロール基板１５に電気的な接続及び固定する接続部２３と固定部２５とは、コントロール基板１５の範囲内、すなわちコントロール基板１５の外周より内側に設けられている。

このように接続部２３と固定部２５とをコントロール基板１５の範囲内に設けることにより、コントロール基板１５を機能させるために必要な範囲外に、接続部２３と固定部２５、特に、固定部２５を設けることによって生じる不必要なコントロール基板１５の大型化を避けることができる。

また、固定部２５は、コントロール基板１５の外周に対して接続部２３より内側（検出部１７側から見てコントロール基板１５側）に配置されている。

このように固定部２５を配置することにより、固定部２５がコントロール基板１５の周縁近傍に設けられることがなく、電流センサ１９にかかる荷重をコントロール基板１５の剛性の低い周縁より剛性の高い内側で受けることができ、接続部２３における接続不良などの影響を抑制することができる。

このような電流センサ１９の各検出部１７には、それぞれバスバ１１が挿通して配置される。

バスバ１１は、モータ３とパワーモジュール９とを電気的に接続し、パワーモジュール９のＵＶＷ相を構成する６つのパワー半導体スイッチング素子に応じて、３つ（ここでは１つのみ図示）備えている。

このバスバ１１は、第１バスバ３３と、第２バスバ３５とを備えている。

第１バスバ３３は、平板状でＬ字状に形成され、パワーモジュール９の側方に配置される部分の端部がモータ３に電気的に接続され、パワーモジュール９の上方に配置される部分の端部が第２バスバ３５に電気的に接続される。

第２バスバ３５は、締結部材３７と、ボルト部材３９とを備えている。

締結部材３７は、導通部材からなり、円柱状で、第１バスバ３３側の端部が有底の中空状に形成され、パワーモジュール９側の端部にパワーモジュール９の締結部に固定され、パワーモジュール９に電気的に接続されるパワー締結部４１が設けられている。

このパワー締結部４１は、パワーモジュール９に電流センサ１９が配置された状態で、電流センサ１９の検出部１７に締結部材３７を挿通させることにより、パワーモジュール９の締結部に配置される。

このように配置されたパワー締結部４１は、締結部材３７の中空状の底部に形成された治具（不図示）と係合可能な操作部４３に治具を係合させ、締結部材３７を回転させることにより、パワーモジュール９の締結部に締結される。

このパワー締結部４１のパワーモジュール９への締結により、締結部材３７がパワーモジュール９に固定されつつ、締結部材３７とパワーモジュール９のパワー半導体スイッチング素子とが電気的に接続される。

このような締結部材３７の中空状の内周には、ボルト部材３９と締結可能なボルト締結部４５が設けられている。

このボルト締結部４５には、締結部材３７がパワーモジュール９に固定された状態で、第１バスバ３３が配置され、第１バスバ３３を挟み込むように、ボルト部材３９が締結される。

このボルト締結部４５へのボルト部材３９の締結により、第１バスバ３３が第２バスバ３５に固定されつつ、第１バスバ３３と第２バスバ３５とが電気的に接続される。

このようなインバータ１は、バスバ１１以外の部材がパワーモジュール９に組付けられた状態で、パワーモジュール９をモータ３に配置させ、パワーモジュール９に設けられた組付部７にボルトからなる固定部材５を組付けることによって、モータ３に固定される。

ここで、パワーモジュール９の組付部７の上方に、パワーモジュール９に組付けられた部材（ここでは電流センサ１９）が位置している場合、パワーモジュール９をモータ３に配置した状態で、組付部７に対して固定部材５を組付けることが非常に困難であった。

そこで、パワーモジュール９の組付部７の上方に位置する電流センサ１９には、回避部２１が設けられている。

回避部２１は、電流センサ１９を全体としてＥ字型に形成することにより、電流センサ１９の各検出部１７の両側に隣接して設けられた凹部となっている。

なお、３つの検出部１７のうち両外側に位置する検出部１７，１７の外側に設定された回避部２１，２１は、電流センサ１９自体の長さを両外側に位置する組付部７，７の範囲内に設定することによって設けられた空間部となっている。

この回避部２１は、パワーモジュール９上に電流センサ１９が配置された状態で、パワーモジュール９の組付部７を、上方と側方（コントロール基板１５と反対側）に向けて開放させる。

このように回避部２１を設けることにより、バスバ１１以外の部材が組付けられたパワーモジュール９をモータ３に配置したとしても、回避部２１から組付部７に向けて固定部材５を組付けることができる。

なお、本実施の形態においては、固定部材５を回避部２１の上方から組付部７に組付けているが、固定部材５を回避部２１の側方から組付部７に組付けてもよい。

このようなインバータ１の組付けは、まず、コントロール基板１５に対して接続部２３と固定部２５とを介して電流センサ１９を組付け、ブラケット２７に対してドライブ基板１３を組付ける。

次に、ブラケット２７をパワーモジュール９に組付けると共に、ドライブ基板１３をパワーモジュール９に電気的に接続させる。

次に、ドライブ基板１３にコントロール基板１５を電気的に接続させると共に、コントロール基板１５をブラケット２７に組付ける。

次に、パワーモジュール９をモータ３に配置させ、回避部２１から組付部７に固定部材５を組付け、パワーモジュール９をモータ３に組付ける。

次に、締結部材３７を電流センサ１９の検出部１７に挿通させ、締結部材３７をパワー締結部４１を介してパワーモジュール９に組付ける。

そして、締結部材３７に第１バスバ３３を配置させ、締結部材３７のボルト締結部４５にボルト部材３９を締結させ、組付けを完了する。

このようなインバータ１の固定構造では、モータ３に対してパワーモジュール９の組付部７を挟んで対向して配置される部材に、組付部７を開放させ、固定部材５を組付部７に組付可能とする回避部２１が設けられているので、パワーモジュール９にドライブ基板１３とコントロール基板１５と電流センサ１９とが搭載された状態であっても、回避部２１から固定部材５を組付部７に組付けることができ、組付性を向上することができる。

また、固定部材５は、回避部２１から組付部７に組付けることができるので、組付部７をパワーモジュール９の外周に張り出して設ける必要がなく、パワーモジュール９の大型化を防止することができる。

従って、このようなインバータ１の固定構造では、モータ３に対するインバータ１の専有面積を大型化することなく、組付性を向上することができる。

また、モータ３に対してパワーモジュール９の組付部７を挟んで対向して配置される部材は、電流センサ１９であるので、ドライブ基板１３やコントロール基板１５に回避部２１を設ける必要がなく、ドライブ基板１３やコントロール基板１５に形成された回路に影響を与えることがない。

さらに、電流センサ１９に設けられた回避部２１は、検出部１７に隣接して設けられているので、バスバ１１の電流の検出に必要のない空きスペースを回避部２１とすることができ、バスバ１１の電流の検出に影響を与えることがない。

また、コントロール基板１５と電流センサ１９との接続部２３と固定部２５とは、コントロール基板１５の範囲内に設けられているので、接続部２３や固定部２５を設けるために、不必要にコントロール基板１５が大型化することがない。

また、固定部２５は、コントロール基板１５の外周に対して接続部２３より内側に配置されているので、電流センサ１９にかかる荷重をコントロール基板１５の外周より内側で受けることによって、接続部２３への影響を抑制することができ、コントロール基板１５と電流センサ１９との接続信頼性を保持することができる。

なお、本発明の実施の形態に係るインバータの固定構造では、モータに対してパワーモジュールの組付部を挟んで対向して配置される部材が、電流センサとなっているが、これに限らず、ドライブ基板やコントロール基板となっている場合には、ドライブ基板やコントロール基板に回避部を設ければよい。

また、第２バスバは、締結部材とボルト部材とを備えているが、これに限らず、例えば、第２バスバを１つの長尺状のボルト部材としてもよい。

さらに、パワーモジュールに対するドライブ基板とコントロール基板と電流センサとの組付けの順序は、上述したものに限らず、各部材の接続や固定、配置位置などを考慮し、適宜選択することができる。

１…インバータ
３…モータ
５…固定部材
７…組付部
９…パワーモジュール
１１…バスバ
１３…ドライブ基板（第１基板）
１５…コントロール基板（第２基板）
１７…検出部
１９…電流センサ
２１…回避部
２３…接続部
２５…固定部

Claims (3)

1. モータ（３）に固定部材（５）を介して組付けられる組付部（７）を有するパワーモジュール（９）と、前記モータ（３）と前記パワーモジュール（９）とを電気的に接続するバスバ（１１）と、前記パワーモジュール（９）に電気的に接続される第１基板（１３）と、前記第１基板（１３）に電気的に接続される第２基板（１５）と、前記バスバ（１１）の近傍に配置される検出部（１７）を有し前記第２基板（１５）に電気的に接続される電流センサ（１９）とを備えたインバータの固定構造であって、
   前記第１基板（１３）と前記第２基板（１５）と前記電流センサ（１９）とのうち前記モータ（３）に対して前記パワーモジュール（９）の前記組付部（７）を挟んで対向して配置される部材には、前記組付部（７）を開放させ、前記固定部材（５）を前記組付部（７）に組付可能とする回避部（２１）が設けられていることを特徴とするインバータの固定構造。
2. 請求項１記載のインバータの固定構造であって、
   前記モータ（３）に対して前記パワーモジュール（９）の前記組付部（７）を挟んで対向して配置される部材は、前記電流センサ（１９）であり、
   前記電流センサ（１９）の前記検出部（１７）は、複数が離間して配置され、
   前記回避部（２１）は、前記検出部（１７）に隣接して設けられていることを特徴とするインバータの固定構造。
3. 請求項１又は２記載のインバータの固定構造であって、
   前記電流センサ（１９）の前記検出部（１７）は、前記第２基板（１５）の外周から露出して配置され、
   前記第２基板（１５）と前記電流センサ（１９）との間には、前記第２基板（１５）と前記電流センサ（１９）を電気的に接続する接続部（２３）と、前記第２基板（１５）に前記電流センサ（１９）を固定する固定部（２５）とが設けられ、
   前記接続部（２３）と前記固定部（２５）とは、前記第２基板（１５）の範囲内に設けられ、
   前記固定部（２５）は、前記第２基板（１５）の外周に対して前記接続部（２３）より内側に配置されていることを特徴とするインバータの固定構造。

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