JP6445253B2 - サージ抑制モジュール - Google Patents

Description

本発明は、サージ抑制モジュールに係り、特にインバータで発生するサージ電流によってモータの負荷が損傷されるのを防止するサージ抑制モジュールに関する。

一般に、電気自動車やハイブリッドカー等では、インバータで電池等の電源の直流を交流に変換し、車輪を回転させるモータやモータ発電機（以下、モータと総称する。）を駆動する。この種のインバータは、直流を高速でスイッチングして交流に変換しているため、スイッチングで発生する高い周波数のサージ電流が負荷であるモータに流れ、モータに例えば基本波の２倍以上のサージ電圧が印加されることがある。このようなサージ電圧によるモータの絶縁破壊などを防ぐため、インバータのサージ抑制方法が種々提案されている。

このサージ抑制方法の一つとして、インバータとモータとを接続する電線又はケーブル（以下、電線と総称する。）をフェライトコア等の磁性体に巻付けてサージ抑制部を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。これによれば、フェライトコアに巻付ける電線の巻付け回数等に応じて、サージ電流に対するインバータ出力回路のインダクタンスが高くなるから、モータに印加されるサージを抑制することができる。

特開２００７−５７５１号公報（第７図）

ところで、インバータにより駆動される電気自動車のモータは、省エネルギ対策、小型化、高性能化といった市場要求に伴い、大容量化、高電圧化等の過酷な使用条件への対応が要請されている。しかし、モータの大容量化に伴って電線径が太くなると、電線が曲げにくくなるため、フェライトコアに電線を巻付ける際の作業負荷が大きくなる。しかも、フェライトコアに巻付けた電線が緩まないように束ねる作業が必要になる。

一方、電気自動車においては、車両内の限られた空間にモータとインバータがそれぞれ配設され、これらの間を例えばワイヤーハーネス等の配線部材で接続することにより、組付け及び組立て作業を効率化する工夫がなされている。このため、サージ抑制部を設けるとしても、インバータとモータ周辺の省スペース化、組付け及び組立て作業の効率性向上等の要請を満たす必要がある。

本発明は、磁性体に電線を巻付けて形成されるサージ抑制部を１つの部品として形成することができ、かつ、組付け及び組立て作業を容易化できるサージ抑制モジュールを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明のサージ抑制モジュールは、磁性体と、該磁性体に巻付けられた電線とを絶縁性のケースに収容し、前記電線の両端に接続された一対の端子を前記ケースの外部に引き出して設けられ、前記ケースは、前記磁性体に巻付けられた電線外周を包囲する上面が開口された容器状に形成され、前記ケースの器壁から前記端子を外部に引き出す端子引出部が外部に突き出して設けられ、前記ケースの上面開口と前記端子引出部の上面部及び側面部は、一体形成されたカバーで覆われ、前記端子は、一方の平板面に突起が設けられ、前記端子引出部は、前記端子の前記突起に対応する位置に前記突起を嵌め込む窪みが形成されてなることを特徴とする。

本発明のサージ抑制モジュールは、ケース外に引き出した端子にインバータとモータ等の負荷を接続可能に部品化したことから、車両内のモータやインバータの配置に対応して自由に配置することができる。また、一対の端子とインバータ及び負荷との接続は、電線（又はケーブル）に接続された端子や絶縁被覆された導体バーを介して、ねじ止め締結やコネクタ等で着脱自在に行うことができる。このように、本発明によれば、サージ抑制部をモジュール化することで、インバータ及び負荷から容易に取り外すことができるから、サージ抑制モジュールを単体でメンテナンスすることが容易になり、経年劣化等でサージ抑制機能が低下しても、モジュールごと交換することができる。また、前記ケースは、前記磁性体に巻付けられた電線外周を包囲する上面が開口された容器状に形成され、前記ケースの器壁から前記端子を外部に引き出す端子引出部が外部に突き出して設けられ、前記ケースの上面開口と前記端子引出部の上面部及び側面部は、一体形成されたカバーで覆われ、前記端子は、一方の平板面に突起が設けられ、前記端子引出部は、前記端子の前記突起に対応する位置に前記突起を嵌め込む窪みが形成されてなることから、端子の位置決めを容易にすることができる。

また、このようにモジュール化することにより、磁性体に電線を巻付ける作業時の電線長を短くすることができるから、巻付け作業が容易になる。磁性体としては、例えば、フェライトコアを用いることができる。フェライトコアは、環状に形成されていてもよいし、棒状に形成されていてもよい。

この場合において、電線は、断面が矩形状に形成されているものとすることができる。これにより、電線を磁性体に密着あるいは近づけて巻き付けることができるから、サージ抑制効果を高めることができ、サージ抑制モジュールを小型化することができる。

また、電線は、編組線により形成されているものとすることができる。これによれば、電線に可撓性を持たせることができるから、磁性体への巻き付けが一層容易になり、組付け作業を簡単に行うことができる。また、磁性体に密着あるいは近づけて巻き付けることもできる。なお、編組線は、可撓性を有する絶縁材料で被覆することが好ましい。

また、サージ抑制モジュールは、１相分に限らず、例えば、３相インバータ及び３相モータにも適用することができる。この場合、１相分のサージ抑制モジュールを各相に挿入接続することができる。あるいは、３相分のサージ抑制モジュールの絶縁性のケースを共通化して形成することもできる。この場合、各相の磁性体を並べて、かつ相互に絶縁してケース内に収容する。また、各相の一対の端子をそれぞれケース外に引き出して形成する。

各相の磁性体を並べる場合、例えば、フェライトコアが環状であれば、３相のフェライトコアの環状面を平行に並べてケース内に収容する。これによれば、サージ抑制モジュールを小型化できる。

本発明によれば、磁性体に電線を巻付けて形成されるサージ抑制部を１つの部品として形成でき、かつ組付け及び組立て作業を容易化できるサージ抑制モジュールを提供することができる。

本発明のサージ抑制モジュールの実施例１の内部を示す平面図である。 実施例１のサージ抑制モジュールに収容されたサージ抑制部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 実施例１のサージ抑制モジュールの外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 実施例１のサージ抑制モジュールを、環状面を平行にして３個並べて３相回路に用いる場合の一例である。 実施例１のサージ抑制部を１つの絶縁ケース内に収容し、３相分のフェライトコアの環状面を平行に並べて３相回路に用いる場合の他の例である。 本発明のサージ抑制モジュールの実施例２の内部を示す平面図である。 本発明のサージ抑制モジュールの実施例３の内部を示す平面図である。 本発明のサージ抑制モジュールをインバータとモータとの接続回路に適用した一例の接続構成図である。 本発明のサージ抑制モジュールをインバータとモータとの接続回路に適用した他の例の接続構成図である。

以下、本発明のサージ抑制モジュールの実施例１について図１乃至図３を参照して説明する。本実施例では、負荷となる３相モータを駆動する３相インバータのサージを抑制するサージ抑制モジュールについて説明する。本発明のサージ抑制モジュールは、３相インバータや３相モータに限られるものではなく、単相インバータや多相インバータ、及び、単相モータや多相モータに適用することができる。なお、負荷は、モータに限られるものではない。

図２に示すように、本実施例のサージ抑制モジュール１を構成するサージ抑制部２は、高透磁率を有するフェライトを用いて円環状に形成された磁性体であるフェライトコア３に、電線４を巻き付けて構成される。電線４は、絶縁材で被覆された可撓性を有する平型の編組線により形成される。電線４の両端は先細り状に形成され、それぞれの先端５に板状の一対の端子６ａ，６ｂが、圧着又はろう付け等で接続される。また、端子６ａ，６ｂは、後述するハウジングに固定するための突起７が形成される。

このように形成されるサージ抑制部２は、図１に示すように、絶縁性を有するケースである樹脂製のハウジング８内に収容される。ハウジング８は、サージ抑制部２の外周を包囲する円筒状の筒壁９を有して容器状に形成され、筒壁９の下端は底板１０で塞がれている。ハウジング８の筒壁９には、端子６ａ，６ｂを引き出す端子引出部１１が筒壁９から突き出して形成される。

ハウジング８内には、底板１０の中心部から起立する位置決め柱１２が設けられる。位置決め柱１２は、サージ抑制部２の空心部に挿入され、サージ抑制部２を位置決めする。端子引出部１１には、端子６ａ，６ｂの突起７に対応する位置に窪みが設けられ、該窪みに突起７を嵌め込むことで、端子６ａ，６ｂを位置決めするようになっている。

ハウジング８の上面開口は、図３に示すように、絶縁性のカバー１３によって覆われている。カバー１３は、円筒状の筒壁９の上面部１３ａと、端子引出部１１の上面部１３ｂと、端子引出部１１の側面部１３ｃとが一体形成される。

このように、本実施例では、サージ抑制部２をハウジング８に収容し、ハウジング８から一対の端子６ａ，６ｂの端部を引き出して１つの部品としてモジュール化しているから、車両内の限られた空間に配設されるインバータやモータの配置に対応して、サージ抑制モジュール１を適切な位置に自由に配置することができ、これらを配線部材等で自由に接続することができる。

また、サージ抑制モジュール１の一対の端子６ａ，６ｂは、それぞれ電線（又はケーブル）に接続された端子や絶縁被覆された導体バー等を介して、ねじ止め締結あるいはコネクタにより、インバータ及びモータと着脱自在に接続することができる。これにより、サージ抑制モジュール１をインバータやモータから容易に取り外すことができるから、経年劣化等でサージ抑制機能が低下しても、モジュールごと交換することができ、メンテナンスが容易になる。

また、サージ抑制部２をモジュール化することで、主回路の電線を取り回す必要がなくなる。すなわち、フェライトコア３に電線４を巻付ける際の電線の全長を短くすることができるから、巻付け作業が容易になり、組付作業をより効率よく行うことができる。

また、電線４は、断面が矩形状の編組線を用いて形成されるが、これに限らず、断面が矩形状の平型電線を用いることもできる。このように、電線４の断面を矩形状にすることで、フェライトコア３に電線４を巻き付ける作業を容易に行うことができる。ただし、電線４は、平型電線よりも、本実施例にように、平型の編組線を用いて形成することが好ましい。編組線は、可撓性を有しているため、巻き付け作業が簡単になるだけでなく、フェライトコア３に一層密着あるいは近づけて巻き付けることができる。これにより、サージ抑制効果を高めることができ、しかも、サージ抑制モジュール１を小型化することができる。また、電線４は、編組線を絶縁材で被覆しているから、巻き付け回数の異なる隣り合う電線４を近接させて配置してもショートパスしないので、巻付け回数を増やすことができる。なお、電線４の断面形状は、矩形状に限られず、例えば、楕円状に形成されていてもよい。

上記のサージ抑制モジュール１を３相インバータ及び３相モータの回路に適用する場合、例えば、図３に示すサージ抑制モジュール１を、例えば、図４に示すように、環状面を平行にして３個並べて設けることができる。あるいは、図５に示すように、例えば３相分のサージ抑制部２を１つの絶縁ケース２０内に収容し、図に表れていないが、各相のフェライトコア３の環状面を平行に並べ、隣り合うサージ抑制部２の間を絶縁壁で仕切ることにより、１個のサージ抑制モジュールとして形成することもできる。この場合、各相のサージ抑制部２は、フェライトコア３の空心軸を互いに一致させて配置する。これにより、サージ抑制モジュールを小型化することができる。なお、これに限らず、フェライトコア３の空心軸をずらして、環状面を平行に並べて収容することもできる。このように１つの絶縁ケース２０に複数のサージ抑制部２を収容する場合も、図３と同様、各サージ抑制部２の端子６ａ，６ｂは、絶縁ケースの外表面から引き出して設けられる。

図６に、本発明のサージ抑制モジュールの実施例２の内部を示す平面図を示す。本実施例のサージ抑制モジュール１５が実施例１のサージ抑制モジュール１と異なる点は、フェライトコア３にギャップ３ａを設けたことにある。その他の部分は、実施例１と同様であることから、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施例によれば、ギャップ３ａの空気はフェライトよりも透磁率が格段に小さいため、インダクタンスが大きなって、ギャップ３ａを設けない実施例１のフェライトコア３よりも磁気飽和を防ぐことができる。これにより、磁気飽和が抑制される分、電線４に流す電流を大きくすることができるから、サージ抑制の電流容量に余裕を持たせることができ、また、サージ抑制モジュール１よりも小型化することができる。

図７に、本発明のサージ抑制モジュールの実施例３の内部を示す平面図を示す。本実施例が実施例１，２と異なる点は、円環状のフェライトコア３に代えて、棒状のフェライトコア３３を用いたことにある。

図７に示すように、本実施例のサージ抑制モジュール３１は、棒状のフェライトコア３３に平型の電線３４を複数回巻付け、その両端３５に端子３６ａ，３６ｂをそれぞれ接続してサージ抑制部３２を形成し、これを絶縁性のケースであるハウジング３９に収容して形成される。電線３４は、実施例１，２と同様に、編組線が用いられる。なお、図に表れていないが、サージ抑制部３２のフェライトコア３３は適宜の方法でハウジング３９に固定され、端子３６ａ，３６ｂもハウジング３９に固定される。本実施例の編組線３４は、重ね巻きされていないから、巻き線相互間を絶縁する必要がなく、絶縁材で被覆する必要がない。

図８に、電気自動車の３相モータのインバータ電源回路にサージ抑制モジュールを適用したときのシステム構成の一例を示す。サージ抑制モジュール２１は、２台の３相モータの入力電源回路に合わせて、例えば、図２に示した６個のサージ抑制部２を１つのハウジング内に、フェライトコア３の空心軸を合わせ、かつ環状面を平行に収容して形成される。

３相モータは、図示していないモータケース内に収容され、一点鎖線２２で示すモータケースの壁面に設けられたモータ端子台２３の端子の一端に、コネクタ２４ａ，２４ｂ及び電線又はケーブル２５ａ，２５ｂを介して着脱可能に接続される。モータ端子台２３の端子の他端には、サージ抑制モジュール２１の端子６ａがねじ止め等により接続される。一方、図示していないインバータは、電線又はケーブル２６とコネクタ２７を介して、サージ抑制モジュール２１の端子６ｂに着脱可能に接続される。

図８では、サージ抑制モジュール２１をモータケース外に配置したが、図９に示すように、サージ抑制モジュール２１をモータケース内に収容することもできる。すなわち、モータ端子台２３のモータケース内側の端子にサージ抑制モジュール２１の端子６ａがねじ止め等により接続される。また、サージ抑制モジュール２１の他の端子６ｂは、コネクタ２４ａ，２４ｂ及び電線又はケーブル２５ａ，２５ｂを介して着脱可能に３相モータ発電機に接続される。一方、モータ端子台２３のモータケース外側の端子には、インバータの電線又はケーブル２６に接続されたコネクタ２７が着脱可能に接続される。

また、図２に示すように、サージ抑制部２は、一対の端子６ａ，６ｂが互いに同じ方向に向けて配設されるが、端子６ａ，６ｂの向きは、車両内の限られた空間に配設されるモータとインバータの配置等に対応して適切な向きに設定することができる。例えば、一対の端子６ａ，６ｂを互いに反対方向に向けて配置してもよい。

図８、９の場合、例えば、３相分の一対の端子６ａ，６ｂをそれぞれハウジング８の互いに反対側（インバータ側とモータ側）に設けられた端子引出部で支持する。これにより、サージ抑制モジュール２１をインバータとモータとの間の限られたスペースで無駄なく配置でき、しかも、電線又はケーブル２５，２６の配索自由度を高めることができる。なお、端子６ａ，６ｂは、電線、ケーブル又は導体バー等の接続対象に応じて、ねじ止めやコネクタ等の接続構造を採用することができ、端子形状は、Ｌ字状とすることもできる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨の範囲で変形又は変更することが可能である。

例えば、端子６ａ，６ｂは、ハウジング８の筒壁９から突出して設けられている必要はなく、一端部がインバータ及びモータと接続可能にハウジング８から露出されていればよい。具体的には、カバー１３の表面に矩形状の窪みを形成し、該窪みの底面に端子６ａ，６ｂの一方の面を当接させて保持し、他方の面を外部に露出させて設けることもできる。

また、上記実施例では、フェライトを用いて磁性体であるフェライトコアを形成する例を説明したが、フェライト以外の磁性材料で磁性体を形成することもできる。更に、磁性体の形状は、実施例１〜３に限られるものではなく、例えば、矩形環状に形成することもできる。

１ サージ抑制モジュール
２ サージ抑制部
３ フェライトコア（磁性体）
４ 電線
６ａ，６ｂ 端子
８ ハウジング（ケース）
１２ 位置決め柱
１３ カバー

Claims (5)

1. 磁性体と、該磁性体に巻付けられた電線とを絶縁性のケースに収容し、前記電線の両端に接続された一対の平板状の端子を前記ケースの外部に引き出して設けられ、
   前記ケースは、前記磁性体に巻付けられた電線外周を包囲する上面が開口された容器状に形成され、
   前記ケースの器壁から前記端子を外部に引き出す端子引出部が外部に突き出して設けられ、
   前記ケースの上面開口と前記端子引出部の上面部及び側面部は、一体形成されたカバーで覆われ、
   前記端子は、一方の平板面に突起が設けられ、
   前記端子引出部は、前記端子の前記突起に対応する位置に前記突起を嵌め込む窪みが形成されてなることを特徴とするサージ抑制モジュール。
2. 前記電線は、断面が矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサージ抑制モジュール。
3. 前記電線は、編組線により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のサージ抑制モジュール。
4. 前記磁性体は、環状のフェライトコアであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のサージ抑制モジュール。
5. 前記磁性体と、前記電線と、前記一対の端子と、前記端子引出部とをそれぞれ３相分備え、各相の前記磁性体を並べて、かつ相互に絶縁して前記ケース内に収容してなることを特徴とする請求項１に記載のサージ抑制モジュール。

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