JP2022110255A - power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to power converters.
近年の電力変換装置は、車体取り付け構造としてセミインテグレイト構造を採用する傾向が高い。セミインテグレイト構造は、電力変換装置の内部部品をモータハウジングとインバータケースに挟んで収納する構造である。そのため、電力変換装置の内部部品は剥き出しとなっている。この剥き出しになった内部部品を保護する構造についての公知技術がある。 Power converters in recent years tend to adopt a semi-integrated structure as a vehicle body mounting structure. The semi-integrated structure is a structure in which the internal parts of the power converter are sandwiched between the motor housing and the inverter case. Therefore, the internal parts of the power converter are exposed. There are known techniques for structures that protect the exposed internal parts.
本願発明の背景技術として、下記の特許文献1には、インバータモジュールの樹脂製ケースに把持部を設けることによって、ラインハンドリングの際の基板を保護する技術が開示されている。
As a background art of the present invention,
特許文献1の構成では、ラインハンドリングの際の基板の保護が目的であるが、インテグレイト構造のインバータを組付ける時にも、基板の保護を目的とする構造を採用することが必要である。例えば、基板ベースに基板が搭載され、接触面に対して基板が必ず先当たりする構造である場合、搬送時やモータへの組付け時に基板破損による不良率が高まる上に、防止策として専用のカバー等を作製して出荷することでコストがかかる課題がある。
In the configuration of
以上を鑑みて、本発明は、部品点数の削減とコスト低減とを両立させた電力変換装置を提供することが目的である。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide a power converter that achieves both a reduction in the number of parts and a reduction in cost.
本発明は、ハウジング内にモータおよび電力変換装置を収容するモータ一体型インバータ装置であって、前記ハウジングは、前記電力変換装置を収容するインバータハウジングと、前記インバータハウジングが組付けられることで前記電力変換装置の一部を収容し、かつモータを収容する前記モータハウジングと、を含み、前記電力変換装置は、パワー半導体モジュールと、前記パワー半導体モジュールの駆動を制御する制御回路基板と、前記制御回路基板を保持する金属ベース板と、を有し、前記パワー半導体モジュール、前記制御回路基板、および前記金属ベース板は、前記インバータハウジングにそれぞれ収容されて固定され、前記制御回路基板は、前記モータハウジングに対する前記インバータハウジングの取付け面よりも前記モータハウジング側に配置され、前記金属ベース板は、前記制御回路基板の外周を囲むとともに、前記モータハウジング側に向かって突出する、保護壁を有する。 The present invention is a motor-integrated inverter device that accommodates a motor and a power conversion device in a housing, wherein the housing includes an inverter housing that accommodates the power conversion device, and an inverter housing that is assembled with the inverter housing to generate the power. The motor housing that houses a part of the converter and houses the motor, and the power converter includes a power semiconductor module, a control circuit board that controls driving of the power semiconductor module, and the control circuit. a metal base plate for holding a board, wherein the power semiconductor module, the control circuit board, and the metal base plate are respectively accommodated and fixed in the inverter housing, and the control circuit board is fixed to the motor housing. The metal base plate has a protective wall that surrounds the outer periphery of the control circuit board and protrudes toward the motor housing.
本発明によれば、部品点数の削減とコスト低減とを両立させた電力変換装置を提供できる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a power conversion device that achieves both a reduction in the number of parts and a reduction in cost.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following description and drawings are examples for explaining the present invention, and are appropriately omitted and simplified for clarity of explanation. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. As such, the present invention is not necessarily limited to the locations, sizes, shapes, extents, etc., disclosed in the drawings.
(一実施形態および電力変換装置の構成)
図1は、本発明の一実施形態に係る、電力変換装置の展開斜視図である。
(Configuration of one embodiment and power converter)
FIG. 1 is an exploded perspective view of a power converter according to one embodiment of the present invention.
電力変換装置1は、箱型の形状を成したインバータハウジングであるケース2を有している。このケース2の底部には水路が設けられており、ケース2に圧入されたパイプ3から流入する冷却水が水路内を循環している。水路は、ボトムカバー4にてシールされることで形成されている。
The
平滑コンデンサ5は、ケース2に収容され、ポッティング樹脂にて固定される。EMCフィルタ9は、ケース2に収容され、ポッティング樹脂とネジ止めとの両方でケース2に固定される。
The
パワー半導体モジュール8は、ケース2の水路上に配置され、その上からPMプレート14がネジ止めされることで固定される。DCモールドバスバ7は、パワー半導体モジュール8、平滑コンデンサ5の上部に配置され、ケース2の固定ボス部に固定され、平滑コンデンサ5、EMCフィルタ9、パワー半導体モジュール8、と電気的に接続される。
The
PMACバスバ10は、パワー半導体モジュール8の上部に配置され、ケース2の固定ボス部に固定されることで、パワー半導体モジュール8と電気的に接続される。パワー半導体モジュール8の端子の絶縁を目的とするPMキャップ11は、従来はPCBベース15の下面により上部から押さえられて固定する構造だった。しかし、レイアウトの都合により、制御回路基板をPCBベース15の上下に固定する構造に変更したため、PMキャップ11は、スナップフィット構造にてPMACバスバ10の上部に固定する構造に変更している。
The PMAC
HVACバスバ13は、ACセンサ12をスナップフィット構造にて保持しており、PMACバスバ10とモータに電気的に接続される。ACセンサ12は、PMACバスバ10が貫通するように配置され、ケース2の固定ボス部にて固定される。
The
PCBベース15は、DCモールドバスバ7、PMACバスバ10の上部に配置され、ケース2の固定用ボス部で固定される金属ベース板であり、PCBベース15の構成部品であるGD基板のコネクタ類、ACセンサ12、パワー半導体モジュール8、と電気的に接続される。
The PCB
図2は、本発明の一実施形態に係る、電力変換装置の外観斜視図である。 FIG. 2 is an external perspective view of a power converter according to one embodiment of the present invention.
図2に示す電力変換装置1は、図1の展開されている搭載部品を収納した後の装置1である。ケースフランジ部16は、ケース2とモータを収容するモータハウジングとを組み付けたときの取り付け面になる。
The
PCBベース15は、竪壁部18を有しており、制御回路基板であるMC基板17の外周を囲んで、モータハウジング(後述)に向かって突出している保護壁である。また、竪壁部18は、その一部が切り欠き形状になっている切り欠き部25を有しており、これにより、ケース2の内部の部品と制御回路基板17と電気的に接続している信号配線(不図示)を挿通している。なお、切り欠き部25は、信号配線を挿通できる最小限の範囲を切り欠くだけでよく、これにより基板17を保護する性能を維持しつつ、最短距離で信号配線を挿通できる。
The
図3は、本発明の一実施形態に係る、電力変換装置の断面図である。図3(a)は電力変換装置の上面図(図1および図2において上方から見た図)、図3(b)は図3(a)のA-A断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of a power converter according to one embodiment of the present invention. FIG. 3(a) is a top view of the power converter (view from above in FIGS. 1 and 2), and FIG. 3(b) is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 3(a).
図3(b)に示すように、ケースフランジ部16は、高さ方向においてPCBベース15より下の位置に形成されている。これにより、インバータハウジング(ケース2)とモータハウジングとが組付けられるときに、インバータハウジングに組付けられているPCBベース15がモータハウジング内に収まる構造になっている。なお、インバータハウジングとモータハウジングとの組付け時の構造については、後で図5を参照して詳しく説明する。
As shown in FIG. 3B, the
PCBベース竪壁部18は、例えば、電力変換装置1を搬送した場合、ケースフランジ部16より突出した基板17に対して、組付け時に面当たりすることを防ぐために形成されているものである。これにより、EMC性能向上、HVACバスバからの熱影響を低減させる効果がある。竪壁部18が無い場合は、基板17を保護するカバーが必要となる。
The PCB base
このような構成により、電力変換装置1の組付け時、または搬送時に、MC基板17に対しての干渉や破損防止ができるため、装置1の品質向上へ繋げることができる。なお、PCBベース15の固定位置の高さは、ACセンサ12とGD基板の位置関係とケース2側のボスの成形性の観点と、から決定される。
With such a configuration, it is possible to prevent interference and breakage of the
図4は、本発明の一実施形態に係る、ベース板の外観図である。 FIG. 4 is an external view of a base plate according to one embodiment of the present invention.
GD基板20は、PCBベース15にネジ止めにて固定され、コネクタ21はGD基板20に複数はんだ付けされており、パワー半導体モジュール8の端子とコネクタ21とは電気的に接続される。
The
なお、本発明で説明する電力変換装置はデュアルインバータのため、必要な基板面積を確保するに当たり、PCBベース15の下面(ケース2側)にGD基板20を配置するレイアウトとなっている。なお、GD基板20の高さの位置は、ACセンサ12の端子の高さによって決まる。
Since the power converter described in the present invention is a dual inverter, the layout is such that the
MC基板17はPCBベース15に固定され、トランス19はMC基板17にはんだ付けされている。また、図には無いがGD基板20とMC基板17とは、FPC(Flexible Printed Circuits)等で電気的に接続されている。PCBベース15と組付け部品は、ケース2の固定部にネジ止めにて固定される。
The
組付け時のMC基板17の保護を目的として、トランス19よりもモータハウジング側に突出して高く竪壁部18が設けられている。なお、竪壁部18とPCBベース15はダイカストによる一体成型である。また、金属板である竪壁部18でMC基板17を遮蔽することにより、EMCフィルタ9の性能を向上させつつ、搭載されている別のバスバ部品からの熱影響を低減する効果もある。
For the purpose of protecting the
竪壁部18の設置する位置は、MC基板17の全周に形成することが推奨されるが、レイアウト制限によっては、FPCラインを切り欠いたり、MC基板17の背高部品(トランス19)の近傍に最低限の高さを有する竪壁部18を設置したりして対応することが望ましい。また、竪壁部18は、MC基板17の外周側のみに形成されるだけではなく、MC基板17を切り欠いて内側にレイアウトしてもよい。
It is recommended that the
図5は、本発明の一実施形態に係る、インバータハウジングの取り付け工程図である。図5(a)は取り付け時の様子を表す図、図5(b)は取り付け前の様子を表す図である。なお、図5では図1~図3と比べて、電力変換装置1の向きが上下逆になっている。
FIG. 5 is an installation process diagram of the inverter housing according to one embodiment of the present invention. FIG. 5(a) is a diagram showing a state at the time of installation, and FIG. 5(b) is a diagram showing a state before installation. 5, the orientation of the
電力変換装置1は、モータ22および電力変換装置1を収容するモータ一体インバータ装置の一部として構成される装置である。この電力変換装置1(インバータハウジング2)をモータハウジング23に対して取り付ける場合、電力変換装置1のケースフランジ部16がその取り付け面として機能し、モータハウジングフランジ面24とでネジ止めすることで取付固定される。これにより、電力変換装置1においてケースフランジ部16よりも下側に位置するPCBベース15を含む部分が、モータハウジング23内に収容される。
The
電力変換装置1は、ケースフランジ部16からPCBベース15の竪壁部18がモータハウジング23側へ飛び出している。そのため、電力変換装置1をモータハウジング23に組付ける際に、位置ずれ等でモータハウジングフランジ面24がMC基板17へ接触することを防いでいる。
In the
図6は、本発明の第1の変形例である。 FIG. 6 shows a first modification of the invention.
図6に示す第1の変形例では、電力変換装置1はさらにPCBベースカバー26を有する。PCBベースカバー26は、PCBベース15の竪壁部に囲われた基板を保護するカバーである。PCBベースカバー26は金属材にて成形され、PCBベース15の竪壁部にPCBベースカバー26を固定するために形成されているフランジ部に、ネジ止めにて固定されている。この場合、PCBベース15に囲われた基板は、竪壁部による保護に加えて品質の安定を図ることができ、EMC性能と冷却性とを向上させる効果が期待できる。
In a first variant shown in FIG. 6 , the
図7は、本発明の第2の変形例である。 FIG. 7 shows a second modification of the invention.
図7に示す第2の変形例では、電力変換装置1は、第1の変形例で説明した図6のPCBベースカバー26に代えて、PCBベースカバー27を有する。PCBベースカバー27は樹脂にて成形され、PCBベースの竪壁フランジ部にスナップフィット部28を組み合わせた構造にて固定される。第2の変形例は、第1の変形例よりもコスト低減を狙ったモデルである。これにより、低コストでPCBベース15内の基板を保護できる。
In a second modification shown in FIG. 7, the
図8は、本発明の第3の変形例である。 FIG. 8 shows a third modification of the invention.
図8に示す第3の変形例では、電力変換装置1は、第1の変形例と同様にPCBベースカバー26を有する。PCBベースカバー26は金属にて成形され、PCBベース15の竪壁フランジ部にヒンジ構造部29とネジ止めにて固定される。第3の変形例は、第1の変形例のコスト低減を狙ったモデルである。これにより、低コストで、EMC性能および冷却性能を維持することができる。
In a third modification shown in FIG. 8, the
図9は、本発明の第4の変形例である。 FIG. 9 shows a fourth modification of the invention.
図9に示す第4の変形例では、電力変換装置1は、第2の変形例と同様にPCBベースカバー27を有する。PCBベースカバー27は樹脂にて成形され、PCBベース15の竪壁部にスナップフィット部28にて固定される。ここでPCBベースカバー27は全面を覆うサイズのカバーではなく一部を覆うような一定のサイズにしておき、他機種との汎用性を持たせる構造としている。
In a fourth modification shown in FIG. 9, the
第4の変形例は、第1及び第2の変形例のコスト低減を狙ったモデルである。これにより、低コストでカバーのサイズを一定にすることで、汎用効果を持たせることができる。また、カバーに伸縮機構を持たせることで、さらに汎用化を狙うこともできる。 A fourth modification is a model aimed at reducing the cost of the first and second modifications. As a result, the size of the cover can be fixed at a low cost, and a general-purpose effect can be imparted. In addition, by giving the cover an expansion mechanism, it is possible to aim for further versatility.
以上説明した第1~第4の変形例では、PCBベース15の竪壁部の先端縁部にPCBベースカバー26,27がそれぞれ取り付けられている。そのため、PCBベース15内の基板をより確実に保護することができる。
In the first to fourth modifications described above, PCB base covers 26 and 27 are attached to the leading edge of the vertical wall of the
以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to one embodiment of the present invention described above, the following effects are obtained.
(1)ハウジング内にモータ22および電力変換装置1を収容するモータ一体型インバータ装置は、電力変換装置1を収容するインバータハウジング2と、インバータハウジング2が組付けられることで電力変換装置1の一部を収容し、かつモータ22を収容するモータハウジング23と、で構成される。電力変換装置1は、パワー半導体モジュール8と、パワー半導体モジュール8の駆動を制御する制御回路基板17と、制御回路基板17を保持する金属ベース板15と、を有し、パワー半導体モジュール8、制御回路基板17、および金属ベース板15は、インバータハウジング2に固定される。制御回路基板17は、モータハウジング23に対するインバータハウジング2の取付け面よりもモータハウジング23側に配置され、金属ベース板15は、制御回路基板17の外周を囲むとともに、モータハウジング23側に向かって突出する、保護壁18を有する。このようにしたことで、部品点数の削減とコスト低減とを両立させた電力変換装置1を提供できる。
(1) A motor-integrated inverter device that accommodates a
(2)金属ベース板15の保護壁18は、制御回路基板17上に実装された回路部品19よりもモータハウジング23側へ突出している。このようにしたことで、電力変換装置1のモータハウジング23への組付け時に、制御回路基板17が破損することを防ぐ。
(2) The
(3)金属ベース板15の保護壁18は、制御回路基板17に接続される信号配線を挿通するための切り欠き部25を有する。このようにしたことで、制御回路基板17の保護性能を確保しつつ、最短経路の配線を挿通できる。
(3) The
(4)モータ一体型インバータ装置は、金属ベース板15の保護壁18の先端縁部に取り付けられ、制御回路基板17を覆うカバー部材26(27)を備える。このようにしたことで、制御回路基板17の保護効果を高めることができる。
(4) The motor-integrated inverter device is provided with a cover member 26 (27) attached to the edge of the
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and other configurations can be combined without departing from the scope of the invention. Moreover, the present invention is not limited to those having all the configurations described in the above embodiments, and includes those having some of the configurations omitted.
1…電力変換装置
2…ケース
3…パイプ
4…ボトムカバー
5…平滑コンデンサ
7…DCモールドバスバ
8…パワー半導体モジュール
9…EMCフィルタ
10…PMACバスバ
11…PMキャップ
12…ACセンサ
13…HVACバスバ
14…PMプレート
15…PCBベース
16…ケースフランジ部
17…MC基板
18…竪壁部
19…トランス
20…GD基板
21…コネクタ
22…モータ
23…モータハウジング
24…モータハウジングフランジ面
25…切り欠き部
26…PCBベースカバー(金属)
27…PCBベースカバー(樹脂)
28…スナップフィット部
29…ヒンジ構造部
DESCRIPTION OF
27... PCB base cover (resin)
28... Snap
Claims (4)
前記ハウジングは、前記電力変換装置を収容するインバータハウジングと、前記インバータハウジングが組付けられることで前記電力変換装置の一部を収容し、かつ前記モータを収容するモータハウジングと、を含み、
前記電力変換装置は、パワー半導体モジュールと、前記パワー半導体モジュールの駆動を制御する制御回路基板と、前記制御回路基板を保持する金属ベース板と、を有し、
前記パワー半導体モジュール、前記制御回路基板、および前記金属ベース板は、前記インバータハウジングにそれぞれ収容されて固定され、
前記制御回路基板は、前記モータハウジングに対する前記インバータハウジングの取付け面よりも前記モータハウジング側に配置され、
前記金属ベース板は、前記制御回路基板の外周を囲むとともに、前記モータハウジング側に向かって突出する、保護壁を有する
モータ一体型インバータ装置。 A motor-integrated inverter device containing a motor and a power conversion device in a housing,
The housing includes an inverter housing that houses the power conversion device, and a motor housing that houses a part of the power conversion device and the motor by assembling the inverter housing,
The power converter includes a power semiconductor module, a control circuit board that controls driving of the power semiconductor module, and a metal base plate that holds the control circuit board,
the power semiconductor module, the control circuit board, and the metal base plate are each accommodated and fixed in the inverter housing;
The control circuit board is arranged closer to the motor housing than the mounting surface of the inverter housing with respect to the motor housing,
The motor-integrated inverter device, wherein the metal base plate has a protective wall that surrounds the outer periphery of the control circuit board and protrudes toward the motor housing.
前記保護壁は、前記制御回路基板上に実装された回路部品よりも前記モータハウジング側へ突出している
モータ一体型インバータ装置。 The motor-integrated inverter device according to claim 1,
The motor-integrated inverter device, wherein the protection wall protrudes toward the motor housing from the circuit components mounted on the control circuit board.
前記保護壁は、前記制御回路基板に接続される信号配線を挿通するための切り欠き部を有する
モータ一体型インバータ装置。 The motor-integrated inverter device according to claim 1,
The motor-integrated inverter device, wherein the protective wall has a notch portion for inserting a signal wiring connected to the control circuit board.
前記保護壁の先端縁部に取り付けられ、前記制御回路基板を覆うカバー部材を備える
モータ一体型インバータ装置。 The motor-integrated inverter device according to any one of claims 1 to 3,
A motor-integrated inverter device including a cover member attached to a tip end edge of the protection wall and covering the control circuit board.
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