JP6376051B2 - 電動駆動装置 - Google Patents

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本発明は、直流電力と交流電力との間で電力変換を行うインバータと、該インバータに接続したモータと、これらを収容するケースとを備える電動駆動装置に関する。
直流電力と交流電力との間で電力変換を行うインバータと、該インバータに接続したモータとを備える電動駆動装置が知られている(下記特許文献1参照)。この電動駆動装置は、上記インバータを用いて直流電力を交流電力に変換し、得られた交流電力を用いて、上記モータを駆動するよう構成されている。これにより、電動駆動装置を搭載した車両等を走行させている。
上記電動駆動装置は、上記インバータとモータとを収容する金属製のケースを備える。このケースは、インバータを収容する第1ケース部分と、モータを収容する第2ケース部分との、2つのケース部分を組み合わせて構成されている。第1ケース部分と第2ケース部分との接合部には、シール部材が設けられている。このシール部材によって、ケース外からケース内に水等が浸入することを防止している。シール部材には、金属膜を合成樹脂等の絶縁材料によって被覆したものや、全体が絶縁材料によって形成されたものが用いられる。
特許第3893815号公報
しかしながら、上記電動駆動装置は、ケース内の電子部品から発生した放射ノイズがケース外に漏洩することや、ケース外から放射ノイズがケース内に侵入したりすることを充分に抑制できない可能性があった。すなわち、上記シール部材は、その一部に絶縁材料を含む。絶縁材料は、金属よりも放射ノイズを透過しやすい性質を有する。そのため上記電動駆動装置では、放射ノイズがシール部材を通って、ケース内からケース外に漏出したり、ケース外からケース内に侵入したりする可能性があった。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、放射ノイズが、ケース内からケース外に漏出したり、ケース外からケース内に侵入したりすることを、より抑制できる電動駆動装置を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、直流電力と交流電力との間で電力変換を行うインバータと、
該インバータに接続し、上記交流電力によって駆動するモータと、
上記インバータ及び上記モータを収容する金属製のケースとを備え、
該ケースは、上記インバータを収容する第1ケース部分と、上記モータを収容する第2ケース部分との、2つのケース部分を組み合わせてなり、
上記第1ケース部分と上記第2ケース部分との接合部には、少なくとも一部が絶縁材料からなり、上記接合部をシールするシール部材が設けられ、
上記ケースに、上記接合部の少なくとも一部を覆い、上記シール部材を通って上記ケースの内側から外側、又は外側から内側へ伝わる放射ノイズを遮蔽する遮蔽板が形成されていることを特徴とする電動駆動装置にある。
上記電動駆動装置においては、上記ケースに、接合部の少なくとも一部を覆う上記遮蔽板が形成されている。
そのため、この遮蔽板によって放射ノイズを遮蔽することができる。したがって、ケース内から発生した放射ノイズを遮蔽板によって遮蔽でき、この放射ノイズがシール部材を通ってケース外に漏洩することを抑制できる。また、上記構成にすると、ケース外から発生した放射ノイズを遮蔽板によって遮蔽でき、この放射ノイズがシール部材を通ってケース内に侵入することを抑制できる。
以上のごとく、本発明によれば、放射ノイズが、ケース内からケース外に漏出したり、ケース外からケース内に侵入したりすることを、より抑制できる電動駆動装置を提供することができる。
実施例1における、電動駆動装置の全体側面図。 実施例1における、電動駆動装置の一部の分解側面図。 実施例1における、第1ケース部分と第2ケース部分とを組み合わせた状態での、電動駆動装置の拡大側面図。 図1のIV-IV断面図。 図4の部分拡大図。 実施例1における、第1ケース部分の斜視図。 実施例1における、電動駆動装置の断面図であって、図8のVII-VII断面図。 図7のVIII-VIII断面図。 図7のIX-IX断面図。 実施例1における、製造時に、第1ケース部分の位置がずれた場合での、電動駆動装置の部分断面図。 実施例1における、電動駆動装置の回路図。 実施例2における、電動駆動装置の部分断面図。 実施例3における、電動駆動装置の部分断面図。 実施例4における、電動駆動装置の部分断面図。 実施例5における、電動駆動装置の部分断面図。 比較例1における、電動駆動装置の部分側面図であって、図17のXVI矢視図。 図16のXVII-XVII断面図。 比較例2における、製造時に、インバータケース部分の位置がずれた場合での、電動駆動装置の部分断面図。
上記電動駆動装置は、ハイブリッド車や電気自動車等に搭載するための、車載用電動駆動装置とすることができる。
(実施例1)
上記電動駆動装置に係る実施例について、図1〜図11を用いて説明する。本例の電動駆動装置1は、図1に示すごとく、インバータ2と、モータ3と、金属製のケース4とを備える。インバータ2は、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う。モータ3は、インバータ2に接続しており、上記交流電力によって駆動する。ケース4には、インバータ2及びモータ3が収容されている。
ケース4は、インバータ2を収容する第1ケース部分41と、モータ3を収容する第2ケース部分42との、2つのケース部分41,42を組み合わせてなる。
第1ケース部分41と第2ケース部分42との接合部5には、該接合部5をシールするシール部材6が設けられている。シール部材6は、少なくとも一部が絶縁材料からなる。
図1、図2に示すごとく、ケース4に、接合部5の一部を覆い、シール部材6を通ってケース4の内側から外側、又は外側から内側へ伝わる放射ノイズNを遮蔽する遮蔽板43が形成されている。遮蔽板43は第1ケース部分41と一体に形成されており、金属からなる。
本例の電動駆動装置1は、ハイブリッド車や電気自動車等の車両に搭載するための、車載用電動駆動装置である。
図11に示すごとく、本例の電動駆動装置1は、半導体素子20を内蔵した複数の半導体モジュール21と、コンデンサCと、リアクトル11と、モータ3と、発電機8とを備える。これらの部品は、ケース4内に収容されている。複数の半導体モジュール21のうち一部の半導体モジュール21aと、コンデンサCとにより、インバータ2が形成されている。また、他の一部の半導体モジュール21bとリアクトル11とにより、昇圧部12が形成されている。
本例では、直流電源81の直流電圧を、昇圧部12を用いて昇圧している。そして、昇圧後の直流電力を、インバータ2を用いて交流電力に変換している。この交流電力を用いてモータ3を駆動させ、上記車両を走行させている。また、車両を制動するときには、発電機8を回転させて交流電力を発生する。この交流電力を、インバータ2によって直流電力に変換し、直流電源81を充電するよう構成されている。
図1に示すごとく、モータ3と、発電機8と、リアクトル11とは、第2ケース部分42に収容されている。また、図7に示すごとく、インバータ2を構成する半導体モジュール21aと、昇圧部12を構成する半導体モジュール21bとは、それぞれ第1ケース部分41に収容されている。また、第1ケース部分41には、突出電子部品25が収容されている。突出電子部品25は、インバータ2を構成する電子部品であり、その一部が、接合部5よりも第2ケース部分42側に突出している。本例の突出電子部品25は、上記コンデンサCである。
図2に示すごとく、第1ケース部分41には、フランジ部416が形成されている。このフランジ部416を第2ケース部分42に載置し、ボルト15を用いて2つのケース部分41,42を締結するよう構成されている。ボルト15は、遮蔽板43の突出方向(Z方向)に締結される。
また、図2、図3に示すごとく、ケース4には、昇圧用バスバー7bと、交流バスバー7aと、回生用バスバー7rとの、複数のバスバー7(7b,7a,7r)が収容されている。これらのバスバー7の先端は、第2ケース部分42の開口部429からZ方向に突出し、第1ケース部分41内に配されている。また、図4に示すごとく、バスバー7は、接合部5に隣り合う位置に配されている。
また、図2、図3に示すごとく、第1ケース部分41には、昇圧用端子26bと、交流端子26aと、回生用端子26rとが収容されている。これらの端子26(26a,26b,26r)及び上記バスバー7(7a,7b,7r)を介して、第1ケース部分41に収容された電子部品と、第2ケース部分42に収容された電子部品とを電気接続している。すなわち、昇圧用バスバー7b及び昇圧用端子26bを介して、リアクトル11と、昇圧部12を構成する半導体モジュール21b(図7参照)とを電気接続している。また、交流バスバー7a及び交流端子26aを介して、モータ3とインバータ2とを電気接続している。さらに、回生用バスバー7r及び回生用端子26rを介して、発電機8とインバータ2とを電気接続している。
図2に示すごとく、第1ケース部分41には、締結用開口部418が形成されている。締結用開口部418は、複数のバスバー7の配列方向(X方向)に細長い形状に形成されている。電動駆動装置1を製造する際には、第2ケース部分42にシール部材6を載置し、第1ケース部分41と第2ケース部分42とを組み合わせる。そして、図3に示すごとく、ボルト15を用いて、2つのケース部分41,42を締結する。この状態では、図3に示すごとく、バスバー7の先端が、第1ケース部分41内に入り、締結用開口部418から視認できるようになる。この後、図示しないボルトを用いて、各バスバー7を端子26(26a,26b,26r)に締結する。これにより、第2ケース部分42に収容された電子部品と、第1ケース部分41に収容された電子部品とを電気接続する。このように締結作業を行った後、図1に示すごとく、カバー417を締結用開口部418に取り付け、カバー用ボルト16を用いて、カバー417を第1ケース部分41に固定する。
また、図6に示すごとく、第1ケース部分41は、第1フランジ部416aと、第2フランジ部416bと、第3フランジ部416cと、第4フランジ部416dとの、4つのフランジ部416を備える。第1フランジ部416a及び第2フランジ部416bは、X方向に延びている。また、第3フランジ部416c及び第4フランジ部416dは、X方向とZ方向との双方に直交する幅方向(Y方向)に延びている。第3フランジ部416c及び第4フランジ部416dは、第1フランジ部416a及び第2フランジ部416bよりも短い。第1フランジ部416a及び第2フランジ部416bには、それぞれ3個の遮蔽板43が形成されている。第1フランジ部416aの遮蔽板43と、第2フランジ部416bの遮蔽板43とは、Y方向から見たときに互いに重なる位置に形成されている。また、第3フランジ部416cの遮蔽板43と、第4フランジ部416dの遮蔽板43とは、X方向から見たときに互いに重なる位置に形成されている。
図8に示すごとく、交流バスバー7aは、接合部5に隣り合う位置に配されている。図3、図8に示すごとく、複数の交流バスバー7aのうち一部の交流バスバー7aと接合部5との間に、遮蔽板43が介在している。また、回生用バスバー7r及び昇圧用バスバー7bも、接合部5に隣り合う位置に配されている。図3に示すごとく、回生用バスバー7rと接合部5との間に、遮蔽板43が介在している。昇圧用バスバー7bと接合部5との間にも、遮蔽板43が介在している。
図2、図7に示すごとく、遮蔽板43の先端431は、突出電子部品25(コンデンサC)のモータ3側の主面251よりも、Z方向においてモータ3側に位置している。
また、図7に示すごとく、本例の遮蔽板43は、ケース4の内側に形成されている。シール部材6は、図5に示すごとく、金属層62と被覆層61とを備える。被覆層61は、合成樹脂等の絶縁材料からなり、金属層62を被覆している。被覆層61は絶縁材料からなるため、図4に示すごとく、放射ノイズNを透過する性質を有する。本例では、ケース4外から発生しシール部材6の被覆層61を通過した放射ノイズNを、遮蔽板43によって遮蔽している。これにより、ケース4外からの放射ノイズNが、ケース4内の電子部品に影響を及ぼすことを抑制している。つまり、いわゆるイミュニティを高めている。
また、本例では、ケース4内から発生した放射ノイズNを遮蔽板43によって遮蔽し、放射ノイズNが、シール部材6を通ってケース4外に漏洩することを抑制している。これにより、ケース4内から発生した放射ノイズNが、ケース4外の電子部品に影響を及ぼすことを抑制している。つまり、いわゆるエミッションを低減している。本例では、ケース4内の部品のうち、リアクトル11、半導体モジュール21、バスバー7から、特に大きな放射ノイズNが発生する。
次に、インバータ2の構造について説明する。図7、図9に示すごとく、本例では、複数の上記半導体モジュール21と、該半導体モジュール21を冷却する複数の冷却管22とを積層して積層体17を形成している。図7に示すごとく、積層体17に対してZ方向に隣り合う位置には、コンデンサC(突出電子部品25)が配されている。複数の半導体モジュール21とコンデンサCとによって、インバータ2が形成されている。
半導体モジュール21は、図8に示すごとく、半導体素子20(図11参照)を内蔵する本体部211と、該本体部211から突出した制御端子212と、パワー端子29とを備える。制御端子212は、制御回路基板23に接続している。この制御回路基板23によって、半導体素子20のスイッチング動作を制御している。また、パワー端子29には、直流電圧が加わる正極端子29p及び負極端子29nと、交流端子29aとがある。インバータ2を構成する半導体モジュール21aに含まれる交流端子29aの一部は、連結バスバー260及び交流バスバー7aを介して、モータ3に電気接続している。連結バスバー260の先端は、上記交流端子26aになっている。この交流端子26aに、交流バスバー7aが締結されている。また、インバータ2を構成する半導体モジュール21aに含まれる交流端子29aの他の一部は、上記回生用バスバー7r等を介して、発電機8に電気接続している。また、昇圧部12(図11)を構成する半導体モジュール21bの交流端子29aは、上記昇圧用バスバー7b等を介して、リアクトル11に電気接続している。
図9に示すごとく、X方向に隣り合う2つの冷却管22は、Y方向における両端にて、連結管29によって互いに連結されている。また、複数の冷却管22のうち、X方向における一端に位置する端部冷却管22aには、冷媒19を導入するための導入管181と、冷媒19を導出するための導出管182とが接続している。導入管181から冷媒19を導入すると、冷媒19は連結管29を通って全ての冷却管22内を流れ、導出管182から導出する。これにより、半導体モジュール21を冷却するよう構成されている。
また、図9に示すごとく、第1ケース部分41の第1壁部411と積層体17との間には、加圧部材171(板ばね)が配されている。この加圧部材171によって、積層体17を、第1ケース部分41の第2壁部412に向けて加圧している。これにより、積層体17を第1ケース部分41内に固定すると共に、半導体モジュール2と冷却管22との接触圧を確保している。
次に、本例の作用効果について説明する。本例では図1に示すごとく、ケース4に、接合部5の少なくとも一部を覆う遮蔽板43を形成してある。
そのため、図4に示すごとく、遮蔽板43によって放射ノイズNを遮蔽することができる。したがって、ケース4内から発生した放射ノイズNを遮蔽板43によって遮蔽でき、この放射ノイズNがシール部材6を通ってケース4外に漏洩することを抑制できる。また、ケース4外から発生した放射ノイズNを遮蔽板43によって遮蔽でき、この放射ノイズNがシール部材6を通ってケース4内に侵入することを抑制できる。
仮に遮蔽板43を形成しなかったとすると、図17に示すごとく、放射ノイズNがシール部材6を通って、ケース4の外から内へ、又はケース4の内から外へ通過してしまう。そのため、イミュニティ及びエミッションが悪化する可能性がある。特に本例のように、ボルト15を用いて第1ケース部分41と第2ケース部分42とを締結する場合は、遮蔽板43を形成しないと、放射ノイズNの問題が顕著になりやすい。すなわち、図16に示すごとく、ボルト15によって締結する場合、2つのケース部分41,42の間に、ボルト15の間隔Lと等しい長さの電磁波透過スリットSが形成される。そのため、スロットアンテナと同様の原理によって、1/2波長がLと等しい電磁波が共振してしまい、この波長の電磁波が、電磁波透過スリットSを通過しやすくなる。したがって、本例のように遮蔽板43を設け、この電磁波(放射ノイズ)を遮蔽するようにした効果は大きい。
また、本例では図7に示すごとく、インバータ2を構成する電子部品として、その一部が接合部5よりも第2ケース部分42側に突出した突出電子部品25(コンデンサC)を備える。遮蔽板43は、第1ケース部分41から第2ケース部分42側に突出し、かつケース4の内側に形成されている。
そのため、遮蔽板43を、電動駆動装置1を製造する際に突出電子部品25を保護する部材として利用することが可能になる。すなわち、第1ケース部分41と第2ケース部分42とを組み合わせるときに、位置ずれが生じることがある。そのため、仮に図18に示すごとく、遮蔽板43を形成しなかったとすると、製造時に第1ケース部分41が位置ずれすると、突出電子部品25が第2ケース部分42に当接する可能性が生じる。また、図13に示すごとく、遮蔽板43をケース4の外側に形成することも可能であるが、この場合も、製造時に第1ケース部分41が位置ずれすると、突出電子部品25が第2ケース部分42に当接する可能性がある。さらに、図12に示すごとく、遮蔽板43を第2ケース部分42に形成することも可能であるが、この場合、製造時に第1ケース部分41が位置ずれすると、突出電子部品25が遮蔽板43に当接するおそれがある。これに対して、図10に示すごとく、本例のように、遮蔽板43を第1ケース部分41に形成し、かつケース4の内側に形成すれば、製造時に第1ケース部分41が位置ずれした場合、遮蔽板43が第2ケース部分42に当接するため、突出電子部品25を保護することが可能になる。
また、図3、図4に示すごとく、ケース4内には、複数のバスバー7が設けられている。このバスバー7によって、第1ケース部分41に収容された電子部品と、第2ケース部分42に収容された電子部品とを電気接続してある。個々のバスバー7は、接合部5に隣り合う位置に配されている。図3に示すごとく、複数のバスバー7のうち少なくとも一部のバスバー7と接合部5との間に、遮蔽板43が介在している。
このようにすると、バスバー7から発生しケース4外に漏洩する放射ノイズNを、遮蔽板43によって効果的に遮蔽できる。
また、図4に示すごとく、遮蔽板43は、2つのケース部分41,42のうち一方のケース部分(第1ケース部分41)から他方のケース部分(第2ケース部分42)へ向かって突出している。バスバー7は、遮蔽板43の突出方向(Z方向)に延出している。
このようにすると、バスバー7から発生した放射ノイズNを効果的に遮蔽できる。すなわち、バスバー7に交流電流Iが流れると、バスバー7の周囲に交流磁界Hが発生し、この交流磁界Hが原因となって、放射ノイズNが発生する。交流磁界Hが遮蔽板43に交差すると、遮蔽板43に渦電流iが流れる。この渦電流iの周囲に発生した磁界によって、バスバー7の交流磁界Hが弱められる。本例のようにバスバー7をZ方向に延出させれば、バスバー7に流れる交流電流Iの向きと、遮蔽板43の突出方向とを平行にすることができる。そのため、渦電流iを、遮蔽板43の突出方向に流すことができる。したがって、渦電流iを、遮蔽板43内の比較的長い距離にわたって流すことができ、交流磁界Hを効果的に低減できる。そのため、放射ノイズNを効果的に遮蔽できる。
また、本例では、図2、図3に示すごとく、バスバー7と接合部5との間に介在する遮蔽板43である介在遮蔽板43aは、複数のバスバー7の配列方向(X方向)における長さが、Z方向における長さよりも長い形状に形成されている。
このようにすると、介在遮蔽板43aが、X方向に長い形状に形成されているため、バスバー7から発生する放射ノイズNを介在遮蔽板43aによって遮蔽しやすい。
以上のごとく、本例によれば、放射ノイズが、ケース内からケース外に漏出したり、ケース外からケース内に侵入したりすることを、より抑制できる電動駆動装置を提供することができる。
(実施例2)
以下の実施例においては、図面に用いた符号のうち、実施例1において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例1と同様の構成要素等を表す。
本例は、遮蔽板43を形成する位置を変更した例である。図12に示すごとく、本例の遮蔽板43は、第2ケース部分42に形成されている。遮蔽板43は、ケース4の内側に形成されている。この遮蔽板43によって、ケース4内から発生した放射ノイズNを遮蔽すると共に、ケース4外からシール部材6を通ってケース4内に侵入した放射ノイズNを遮蔽している。これにより、エミッションを低減すると共に、イミュニティを高めている。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
(実施例3)
本例は、遮蔽板43を形成する位置を変更した例である。図13に示すごとく、本例の遮蔽板43は、接合部5を、ケース4の外側から覆う位置に形成されている。遮蔽板43は、第1ケース部分41から第2ケース部分42側に突出するよう形成されている。この遮蔽板43によって、ケース4内からシール部材6を通ってケース4外に漏出した放射ノイズNを遮蔽すると共に、ケース4外からケース4内に侵入する放射ノイズNを遮蔽している。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
(実施例4)
本例は、遮蔽板43を形成する位置を変更した例である。図14に示すごとく、本例の遮蔽板43は、接合部5を、ケース4の外側から覆う位置に形成されている。遮蔽板43は、第2ケース部分42から第1ケース部分41側に突出している。この遮蔽板43によって、ケース4内からシール部材6を通ってケース4外に漏出した放射ノイズNを遮蔽すると共に、ケース4外からケース4内に侵入する放射ノイズNを遮蔽している。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
(実施例5)
本例は図15に示すごとく、第1ケース部分41に形成した遮蔽板43を、第2ケース部分42に接触させた例である。これにより、遮蔽板43と第2ケース部分42との間に隙間G(図4参照)が形成されないようにしている。隙間Gが形成されていると、僅かな放射ノイズNが隙間Gを通過する可能性があるが、本例のように、隙間Gが形成されないようにすれば、このような可能性を低減できる。そのため、ケース4内に侵入する放射ノイズNや、ケース4外に漏洩する放射ノイズNの量をより低減できる。
なお、本例では、第1ケース部分41に遮蔽板43を形成し、この遮蔽板43を第2ケース部分42に接触させているが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、第2ケース部分42に遮蔽板43を形成し、この遮蔽板43を第1ケース部分41に接触させてもよい。また、遮蔽板43は、ケース4の外側に形成してもよい。
その他、実施例1と同様の構成および作用効果を備える。
1 電動駆動装置
2 インバータ
3 モータ
4 ケース
41 第1ケース部分
42 第2ケース部分
43 遮蔽板
5 接合部
6 シール部材

Claims (5)

  1. 直流電力と交流電力との間で電力変換を行うインバータ(2)と、
    該インバータ(2)に接続し、上記交流電力によって駆動するモータ(3)と、
    上記インバータ(2)及び上記モータ(3)を収容する金属製のケース(4)とを備え、
    該ケース(4)は、上記インバータ(2)を収容する第1ケース部分(41)と、上記モータ(3)を収容する第2ケース部分(42)との、2つのケース部分(41,42)を組み合わせてなり、
    上記第1ケース部分(41)と上記第2ケース部分(42)との接合部(5)には、少なくとも一部が絶縁材料からなり、上記接合部(5)をシールするシール部材(6)が設けられ、
    上記ケース(4)に、上記接合部(5)の少なくとも一部を覆い、上記シール部材(6)を通って上記ケース(4)の内側から外側、又は外側から内側へ伝わる放射ノイズを遮蔽する遮蔽板(43)が形成されていることを特徴とする電動駆動装置(1)。
  2. 上記インバータ(2)を構成し、その一部が上記接合部(5)よりも上記第2ケース部分(42)側に突出した状態で上記第1ケース部分(41)内に配された突出電子部品(25)を備え、上記遮蔽板(43)は、上記第1ケース部分(41)から上記第2ケース部分(42)側に突出し、かつ上記ケース(4)の内側に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電動駆動装置(1)。
  3. 上記第1ケース部分(41)に収容された電子部品と、上記第2ケース部分(42)に収容された電子部品とを互いに接続する複数のバスバー(7)を備え、個々の該バスバー(7)は、上記ケース(4)内において上記接合部(5)に隣り合う位置に設けられ、上記複数のバスバー(7)のうち少なくとも一部の上記バスバー(7)と上記接合部(5)との間に、上記遮蔽板(43)が介在していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電動駆動装置(1)。
  4. 上記遮蔽板(43)は、上記2つのケース部分(41,42)のうち一方の上記ケース部分から他方の上記ケース部分へ向かって突出しており、上記バスバー(7)は上記遮蔽板(43)の突出方向に延出していることを特徴とする請求項3に記載の電動駆動装置(1)。
  5. 上記バスバー(7)と上記接合部(5)との間に介在する上記遮蔽板(43)である介在遮蔽板(43a)は、複数の上記バスバー(7)の配列方向における長さが、上記突出方向における長さよりも長い形状に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の電動駆動装置(1)。
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