JP2022048891A - 導電体ユニット、インバータ装置、モータユニットおよび車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両にインバータ装置に搭載する導電体ユニット20は、インバータ装置外の低電圧バッテリの電力をインバータ装置内のインバータ制御回路基板に供給する。導電体ユニット20は、中心電線21と、シールド部材23と、被覆部材24と、を有する。シールド部材23は、中心電線21の長さ方向の少なくとも一部の範囲において、中心電線21の周囲を覆う。被覆部材24は、シールド部材23の長さ方向の少なくとも一部の範囲において、シールド部材23の周囲を覆い、被覆部材24に覆われていない、シールド部材23を前記筐体に接するように配置されている。
【選択図】図3
Description
EMC(Electro Magnetic Compatibility:電磁両立性)対策として、例えば、特許文献1にはハーネス側コネクタシェルが装置側コネクタシェルにロック係止されて導通接続されることによって、筐体のグランドへの接地を実現している構造が開示されている。
特許文献2にはモータ側の機器とインバータ側の機器を電気的に接続するシールド電線と、モータ側の機器とインバータ側の機器のそれぞれに抵抗体を設け、抵抗体を介してモータ側もしくはインバータ側のアースへの接地を実現している構造が開示されている。
<モータユニット>
図1において、モータユニット2は、車両1に搭載される。モータユニット2は、電動モータ15とインバータ制御装置10と、を備える。電動モータ15は、例えば、三相交流モータであり、車両1の駆動力源である。電動モータ15の回転軸は、減速機6とディファレンシャルギア7とに連結されている。これにより、電動モータ15の駆動力(トルク)は、これらの減速機6、ディファレンシャルギア7、ドライブシャフト(駆動軸)8を介して一対の車輪5a、5bに伝達される。
インバータ制御装置10は、電動モータ15に駆動電力を供給するパワーモジュールユニット13と、パワーモジュールユニット13に駆動信号を出力するパワーモジュール制御回路基板(第1の回路基板)12と、低電圧バッテリLVからの電力を使用してパワーモジュール制回路基板12に制御信号を出力するインバータ制御回路基板(第2の回路基板)11と、高電圧バッテリHVからの電圧を平滑するコンデンサユニット(電子部品ユニット)14とを備えている。インバータ制御装置10は、車両1全体の制御を司る制御部3からの制御信号により制御され、電動モータ15を駆動する。
のパワースイッチング素子を接続してなるブリッジ回路(電力変換回路)を有している。
なお、パワースイッチング素子としては、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、バイポーラジャンクショントランジスタ(英: Bipolar junction transistor)など、炭化ケイ素SiCや窒化ガリウムGaNなどの化合物を使用した等が挙げられる。
インバータ制御装置10において、高電圧バッテリHVとパワーモジュールユニット13の接続部にコンデンサユニット14が配置されている。コンデンサユニット14は、高電位ライン(正極電位B+)と低電位ライン(負極電位B-(GND))との間に接続されている。このコンデンサユニット14は、高電圧バッテリHVからの入力電圧を平滑する機能を有し、大容量の平滑コンデンサ(フィルムコンデンサ)を備えている。
ンバータ筐体100は、例えば、アルミ等の金属からなり、ダイカスト加工によって成型される。
低電圧バッテリLVは、インバータ制御回路基板11への電気エネルギーの供給源であり、例えば、複数の二次電池で構成されている30V以下のバッテリである。
インバータ筐体100は、底壁101(不図示)の周囲に設けられた周壁102と、周壁102の端辺がなす開口部103と、を備える。底壁103が配置される面を、X軸方向とX軸方向に垂直なY軸方向に延びる面としたとき、周壁102はXY平面に垂直なZ軸方向に沿って延伸する。開口部103は、周壁102の端辺と周壁102の端辺によって区画された領域を含む。
インバータ筐体の周壁102は、連結部105を有し、連結部105は開口部103をカバーするカバー部(不図示)と開口部103を連結する際に棒状部材を差し込んで固定する窪みである。連結部105は、例えばZ軸方向に凹む窪みである。
カバー部は、例えば、図1に示したモータ15と減速機6とディファレンシャルギア7とドライブシャフト(駆動軸)8が収容され、開口した筐体のことであり、インバータ筐体100側の開口部103とモータユニット2側の開口部とを連結させることでモータユニット2の筐体が組み立てられる。
図3に示すように、導電体ユニット20は、長手方向の一端側にバッテリ側コネクタ20A、他端側に基板側コネクタ20Bを有する。低電圧バッテリLVから供給される電力は、導電体ユニット20を介してインバータ制御回路基板11に伝わる。さらに、図2に示すように、導電体ユニット20は、曲げて配置される。これにより、導電体ユニット20は、インバータ筐体100内においてコンデンサユニット14をはじめとする電子部品を避けるように配置される。
被覆部材24は、絶縁性のある部材であり、例えば、帯状のポリ塩化ビニル製のテープを、シールド部材23に対して数回巻きつけて筒状に形成された部材や、ポリウレタン、ケイ素化合物、フッ化物などを含んだ弾性のあるチューブ等が挙げられる。
被覆部材24は、シールド部材23の外表面から中心電線21に向かってシールド部材23に圧力をかけた状態で、シールド部材23を覆う。したがって、シールド部材23の密度は、被覆部材24に覆われることにより、被覆部材24に覆われていない場合よりも高まるように構成されている。
被覆部材24は、第1の被覆部材241と第2の被覆部材242とで構成され、バッテリ側コネクタ20Aに近い方から第1の被覆部材241と第2の被覆部材242がそれぞれ間をあけて配置されている。第1被覆部材241と第2の被覆部材242の間にあって、被覆部材24により周囲を覆われていない範囲のシールド部材23(すなわち、シールド部材23が露出している範囲)のことを露出部25として説明する。
露出部25は、中心電線21とその周りを覆うシールド部材23によって構成されているのに対し、露出部25とその長さ方向において隣接する箇所は、中心電線21とシールド部材23の周りを被覆部材24が覆って構成されている。これより露出部25は、露出部25と中心電線21の長さ方向に隣接する箇所と比較して、被覆部材24が存在しない分、曲げやすく、径方向断面の形状を変形させやすい。すなわち柔軟性が高い。
後述のとおり、導電体ユニット20は、柔軟性の高い露出部25を曲げて、柔軟性の低い被覆部材24で覆われた箇所を、露出部25より曲げることなく、インバータ筐体100内に配置される。
図4aと図4bに示すように、筐体100は、導電体ユニット20とインバータ制御回路基板11とコンデンサユニット14を収容する。図4aと図4bにおいて、底壁101の面内方向一方向をX方向、X方向と直交する方向をY方向とし、底壁101に垂直な方向をZ方向とする。開口部103は、底壁101のZ方向にあり、制御回路基板11は、コンデンサユニット14よりもZ方向上側に重なって配置されている。
図3に示す接地部材22は、導電体ユニット20と、図2に示すインバータ筐体100を電気的に接続するよう配置される。接地部材22は、接地線221と、シールド接続部222と、筐体接地部223と、を備える。接地線221は、一端にシールド接続部222と、他端に筐体接地部223と、を備える。例えば、被膜に覆われた導電体を含むハーネス等が挙げられる。シールド接地部材222と筐体接地部223は、どちらも導電性のある金属製の部材であり、接地線221に電気的に接続されている。接地線221は柔軟性を持ち、中心電線21よりも細い。
延伸部22Aは、シールド接続部222と電気的に接続され、延伸部22Cと筐体接地部223は電気的に接続されている。
図3に示すように、筐体接地部223は、円環状の部材である。さらに図5に示すように、円環状の筐体接地部223にボルト224等の固定用部材を通し、インバータ筐体100に対して固定と通電を行う。ボルト224を導電性のある部材とし、ボルト224を介して筐体接地部223とインバータ筐体100を通電する。上述の構成をまとめると、シールド部材23に流れるノイズは接地部材22を介してインバータ筐体100に伝わるように構成されている。
以上のように、本実施形態の導電体ユニット20は、車両1に搭載用の導電体ユニット20である。導電体ユニット20は、外表面がシールド部材23で構成された露出部25と、外表面が被覆部材24で構成された箇所を少なくとも有し、露出部25はインバータ筐体100に接している。
かかる構成によれば、導電体ユニット20の配置場所が制限された場合においても、露出部25を曲げる角度や、露出部25の径方向長さ、中心電線21の長さ方向における露出部25の長さを調整して配置することが可能になる。さらに、すなわち、インバータの小型化とノイズ対策の両方に寄与する。
かかる構成によれば、露出部25を押圧しながら確実にインバータ筐体の周壁102または103に接させることができ、通電可能となる。さらに、露出部25のシールド部材23を押圧することから、押圧されない箇所よりもシールド部材23の金属密度は向上し、導電体ユニット20のノイズ遮蔽効果が高まる。
かかる構成によれば、シールド部材23が締め付けられるので、被覆部材24がシールド部材23に圧力をかけない場合よりもシールド部材23の金属密度は向上し、導電体ユニット20のノイズ遮蔽効果が高まる。
かかる構成によれば、シールド接続部222が被覆部材24に覆われていない場合よりも、シールド接続部222とシールド部材23を強固に接続し、車両1の振動等により接続が外れてしまう可能性を下げることができる。さらに、延伸部22Aの少なくとも一部が被覆部材24に覆われていることで延伸部22Aとシールド部材23は一体となり、導電体ユニット20から接地部材22が簡単に離れるような遊びの箇所を減らすことができる。よって、延伸部22Aを傷つけること無く、導電体ユニット20のインバータ筐体100への組立が可能になる。
かかる構成によれば、導電体ユニット20は、露出部25での接地と筐体接地部223での接地によって2点接地を実現できる。
かかる構成によれば、導電体ユニット20の配置空間が制限される場合においても、接地線221は柔軟性を持ち、空いているスペースに柔軟に配置しやすい。
かかる構成によれば、被覆部材24を除くだけで露出部25を形成し、被覆部材24が無くなったことで被覆部24が存在している状態よりも柔軟性が高まり、インバータ筐体100への接地を可能とした。すなわち、別部材を追加して接地を実現する場合よりも、低コスト化又は組立工程の削減等に繋がる。
かかる構成によれば、中心電線21が長い場合よりも、導電体ユニット20は周囲のノイズの影響を受けにくくすることが可能である。
上述した第一実施形態では、被覆部材24がシールド部材23の一部を覆い、被覆部材24に覆われない露出部25がインバータ筐体100に接するように配置され、被覆部材24とシールド部材23の間に接地線221の一部が挟まれる例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、導電体ユニット20はシールド部材23と被覆部材24の間にコア部27を有していてもよい。第二実施形態において、上記第一実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図6に示すように、導電体ユニット20はコア部27を有する。コア部27は1つの貫通孔を有する筒状をなし、筒の貫通孔の内部をシールド部材23に覆われた中心電線21が通過する。
中心電線21の長さ方向において、コア部27の長さ(筒の高さ)は、第1の被覆部材241の長さよりも短く、中心電線21の径方向において、コア部27の長さ(筒の外径)は、第1の被覆部材241よりも短い。
例えば、コア部27は酸化鉄を主成分とするセラミックス等の磁性材料でできたコアが挙げられ、コアが樹脂製のコアケース内に収容されていても、コアケースを備えることなくコア単体でもよい。
ここで、筒状には、円筒状、楕円筒状、角筒状(例えば、正方形の四角筒状、長方形の四角筒状、三角筒状、五角筒状、六角筒状等)、異形筒状が含まれる。
さらに詳細には、コア部27の貫通孔を、中心電線21がシールド部材23に覆われた状態で通過し、コア部27の溝部271に、延伸部22Aが収容される。コア部27に対してその通過と、収容が完了している状態でコア部27の周囲を第1の被覆部材241で覆う。すなわち、コア部27を第1の被覆部材241が覆うことで、中心電線21の一部と、シールド部材23の一部と、延伸部22Aの一部と、が第1の被覆部材241に覆われて一体となるように配置されている。
本実施形態において、導電体ユニット20は、露出部25と筐体接地部223の2点でシールド部材とインバータ筐体100を通電しつつ、導電体ユニット20の一部は筒状のコア部27の貫通孔内を通過する。
かかる構成によれば、導電体ユニット20において露出部25と筐体接地部225でインバータ筐体100に接地することによって高周波数(例えば30-100MHz)のノイズを低減しつつ、コア部27によって低周波数(例えば5-20MHz)のノイズを低減できるので、コア部27が設けられていない場合と比較して、より広範囲のノイズの影響を低減できる。
かかる構成によれば、第1の被覆部材とコア部27の間で、延伸部22Aを、溝部271に固定された状態で保つことができる。よって、延伸部22Aは、コア部27の周方向に移動することがないため、被覆部材24と接地部材22間の摩擦を低減し、延伸部22Aが導電体ユニット20以外の部材と接触することによる損傷を防ぐことができる。
さらに、コア部27外側面全体とシールド部材23の一部を、第1の被覆部材24が中心電線21の径方向内側に圧力をかけながら覆うので、コア部27が中心電線21の延伸方向に移動するのを防ぐことができる。
なお、上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
上記実施形態においては、導電体ユニットは、インバータ、モータユニット及び車両に搭載されている例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、導電体ユニットは、コンバータなどのインバータ以外の電子部品や、船舶及び航空機等の車両以外の移動体に搭載されていてもよい。
例えば、バッテリ側コネクタ20Aには中心電線21の他に、中心電線21とは異なる電線も接続され、低電圧バッテリLVの電力をインバータ制御回路基板11以外の電子部品へ出力する構成としてもよい。さらに、その中心電線21と異なる電線にも本発明の接地部材22、シールド部材23、被覆部材24、コア部27を適用する構成としてもよい。
Claims (13)
- 外部電源の電力を電力変換装置へ入力する導電体ユニットであって、
前記電力変換装置は金属板から構成される筐体を備え、
前記導電体ユニットは、中心電線と、シールド部材と、被覆部材と、を有し、
前記シールド部材は、前記中心電線の長さ方向の少なくとも一部の範囲において、前記中心電線の周囲を覆い、
前記被覆部材は、前記シールド部材の長さ方向の少なくとも一部の範囲において、前記シールド部材の周囲を覆い、前記被覆部材に覆われていない、前記シールド部材を前記筐体に接するように配置されている、導電体ユニット。 - 前記被覆部材は、前記シールド部材の長さ方向の一方側を覆う第1の被覆部材と、他方側を覆う第2の被覆部から構成される請求項1に記載の導電体ユニット。
- 前記シールド部材と前記筐体を電気的に接続するハーネスをさらに備える請求項1または2に記載の導電体ユニット。
- 前記ハーネスの長さ方向の一部は、前記中心電線の径方向において、前記被覆部材と前記シールド部材の間に配置される請求項3に記載の導電体ユニット。
- 前記筐体は、底壁部と、底壁部と連結し底壁部の周囲に設けられた周壁部を備え、
前記シールド部材の少なくとも一部は、前記筐体に収容され、
前記電力変換装置はコンデンサを備え、
前記底壁部を上から見た時、前記周壁部から前記コンデンサまでの距離は、前記シールド部材で覆われた前記中心電線の径方向長さよりも短い箇所を有する請求項1から4のいずれか一項に記載の導電体ユニット。 - 前記筐体は、前記周壁部の端辺がなす開口部を備え、
前記開口部を上から覆うカバー部を有し、
前記周壁部は前記カバー部と連結する連結部を有し、
前記筐体を上から見たとき、前記連結部から前記コンデンサまでの距離は、前記シールド部材で覆われた前記中心電線の径方向長さよりも短い箇所を有する請求項1から5のいずれか一項に記載の導電体ユニット。 - 前記導電体ユニットは、前記中心電線の両端にそれぞれ第1コネクタと第2コネクタを有し、
前記筐体は前記周壁部を厚さ方向に貫通する接続孔を有し、
前記電力変換装置は制御回路基板を有し、
前記第1コネクタは前記接続孔に挿通し、
前記第2コネクタは前記制御回路基板上に配置され、
前記接続孔は、前記開口部の上から見て前記制御回路基板より下側に設けられる
請求項5または請求項6のいずれか一項に記載の導電体ユニット - 前記第1の被覆部材は前記第2の被覆部材よりも前記第1コネクタに近い位置に配置され、
前記第1コネクタから前記第1の被覆部材までの間の前記中心電線は前記周壁部の厚さ方向に延伸し、
前記第1の被覆部材に覆われた前記中心電線は前記筐体の高さ方向に延伸し、
前記被覆部材に覆われていない前記シールド部材において曲げられ、
前記導電体ユニットの延伸方向を、前記制御回路基板の面内方向へ変える請求項7に記載の導電体ユニット。 - 磁性材料を含む筒状のコア部をさらに備え、
前記筒状のコア部の貫通孔を前記中心電線が通過するように構成されている請求項1から8のいずれか一項に記載の導電体ユニット。 - 前記コア部の外周面に径方向に凹んだ溝部を備え、
前記溝部は前記筒状のコア部の軸方向に延びる帯状をなし、
前記ハーネスは前記溝部に収まり、
前記筒状のコア部の貫通孔内を前記シールド部材に覆われた前記中心電線が貫通し、
前記被覆部材が前記コア部の周囲を覆うように構成されている請求項9に記載の導電体ユニット。 - 請求項1-10のいずれか一項に記載の導電体ユニットを備えたインバータ装置。
- 請求項11に記載の導電体ユニットを備えたモータユニット。
- 請求項12に記載の前記モータユニットを搭載した車両。
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