JP6671212B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリとモータの間に配置されバッテリで貯えた電力を制御してモータを駆動する電力変換装置に関する。

モータを駆動させる電力変換装置は、各種のものが知られている（例えば、特許文献１（図２）参照）。

特許文献１の図２に示されるように、電力変換装置は、バスバー（４４）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）を流れる電流を検出する電流センサ（２６、２６、２６）を備えている。
そして、ヒートシンク（４８）に、パワーモジュール（４２）がねじ止めされると共に電流センサ（２６、２６、２６）がねじ止めされる。

すなわち、パワーモジュール（４２）をねじ止めする工程と、電流センサ（２６、２６、２６）をねじ止めする工程が個別に発生し、組み立て時間が長くなると共に組み立てコストが嵩む。
また、電流センサ（２６、２６、２６）が紛失しないように電流センサ（２６、２６、２６）を管理する必要があり、管理コストが嵩む。

電力変換装置のコストダウンが求められる中、上記した組み立てコストや管理コストが低減できるような電力変換装置が求められる。

特開２００６−８１３０８号公報

本発明は、電流センサに起因する組み立てコストや管理コストが低減できるような構造の電力変換装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、モータをスイッチングするパワーモジュールを収納するパワーモジュールケースと、
前記パワーモジュールケースに設けられ前記パワーモジュールを制御する回路基板と、 前記パワーモジュールケースに設けられ前記パワーモジュールから前記モータへ接続されるバスバーと、
前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサと、を備える電力変換装置において、
前記電流センサは、
前記パワーモジュールケースに埋設されたコアと、
前記回路基板に実装されたホール素子とからなり、
前記パワーモジュールケースには、
断面が長方形である前記バスバーが埋設されており、
前記バスバーの断面の長手方向の一方の延長線上に前記ホール素子が前記コアの近傍まで挿入される挿入孔が設けられ、
前記バスバーの断面の長手方向の他方にコア挿入溝が形成されており、
前記ホール素子が前記挿入孔に配置され、
前記コアは、Ｃ形状で前記バスバーの断面の幅よりも広い開口部が設けられており、
前記コアは、埋設された前記バスバーを囲みつつ、前記開口部に前記ホール素子が設けられるように前記バスバーの断面の長手方向の他方から前記コア挿入溝に嵌められ、
前記コアと前記コア挿入溝は前記バスバーの断面の長手方向の他方から樹脂でモールディングされていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、バスバーは、該バスバーのモータ側端部に端子部を有し、前記パワーモジュールケースの側面視で、前記コアと隣接するようにオフセットした位置に端子部が配置されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、挿入孔は、該挿入孔の孔口が外へ広がるテーパー面を有していることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、モータをスイッチングするパワーモジュールを収納するパワーモジュールケースと、前記パワーモジュールケースに設けられ前記パワーモジュールを制御する回路基板と、前記パワーモジュールケースに設けられ前記パワーモジュールから前記モータへ接続されるバスバーと、前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサと、を備える電力変換装置において、
前記電流センサは、前記パワーモジュールケースに埋設されたコアと、前記回路基板に実装されたホール素子とからなり、
前記パワーモジュールケースには、前記ホール素子が前記コアの近傍まで挿入される挿入孔が設けられており、
前記バスバーは、該バスバーのモータ側端部に端子部を有し、
前記パワーモジュールケースは、該パワーモジュールケースの上面に前記回路基板を備えると共に、該回路基板と前記端子部とを仕切るために該回路基板の載置方向に延長したケース延長部を有していることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、電流センサの主要素であるコアがパワーモジュールケースに一体形成され、電流センサの他の主要素であるホール素子がコアに対応するように回路基板に実装されている。パワーモジュールケースに回路基板を取り付けるだけで、電流センサが完成する。

仮に、電流センサが別部品であれば、別部品をパワーモジュールケースに取り付ける工数が発生するが、本発明ではこのような取り付け工数は不要となり、電力変換装置の組み立てコストを低減することができる。
また、別部品であれば紛失しないように部品を管理する必要があるが、本発明ではその虞がないため、管理コストが低減できる。
よって、本発明によれば、電流センサに起因する組み立てコストや管理コストが低減できるような構造の電力変換装置が提供される。

請求項２に係る発明では、パワーモジュールケースの側面視で、コアと隣接するようにオフセットした位置に端子部が配置されているため、端子部を大きくすることなくコア、すなわち電流センサを構成することができる。

請求項３に係る発明では、挿入孔は、孔口に外へ広がるテーパー面を有している。テーパー面のガイド作用により、ホール素子を円滑に挿入孔へ挿入することができる。

請求項４に係る発明では、回路基板と端子部とを仕切るケース延長部を設けたので、回路基板と端子部との間の絶縁距離を増加することができる。

本発明に係る電力変換装置の分解斜視図である。 パワーモジュールケースの要部の拡大図である。 電流センサの主要素であるコアの埋設手順を説明する図である。 電流センサの別の主要素であるホール素子の挿入手順を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。図面の座標方向ＸＹＺは、Ｘ軸方向を左右方向、Ｙ軸方向を前後方向、Ｚ軸方向を上下方向と定義する。

本発明に係る電力変換装置１０は、バッテリとモータとの間に配置される。バッテリ及びモータは周知であるため、図示は省略する。モータが発電機として使用される場合は、発電された電力をバッテリに貯える。よって、本発明の電力変換装置１０は、バッテリとモータとの間又は発電機とバッテリの間に配置することができる。

図１に示すように電力変換装置１０は、例えば、ロアケース１１と、ミドルケース１２と、アッパカバー１３とで構成される筐体と、この筐体に内蔵されるコンデンサ１４と、モータに接続されるモータ側バスバー１５と、パワーモジュールを内蔵するパワーモジュールケース１７とを備える。パワーモジュールケース１７は、上面に回路基板１８を備え、下面に冷却器１９を備える。

図２（ａ）は、図１の中に丸で囲んだ２ａの要部拡大図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のｂ矢視図である。
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、パワーモジュールケース１７にケース側バスバー２１が設けられている。このケース側バスバー２１は図面奥から手前に延びた後に図面で左に折り曲げられ（Ｙ方向手前に延びた後にＸ方向左に折り曲げられ）、その端面が略矩形の端子部２２となる。すなわち、ケース側バスバー２１はモータ側へ延び、モータ側端部に端子部２２を有している。
端子部２２は、裏にナット２３を備えており、モータ側バスバー（図１、符号１５）がボルト（図４（ｃ）、符号３４）で締結可能となっている。

このような端子部２２は、逆Ｕ字形の突条部２４で囲われ、この突条部２４の上部がパワーモジュールケース１７の上面から距離Ｈだけ上方（Ｚ方向）へ張り出している。すなわち、パワーモジュールケース１７は上方に延長したケース延長部２５を備えている。
このケース延長部２５は、図２（ａ）において、パワーモジュールケース１７の上に取り付けられる回路基板１８と端子部２２との絶縁距離を稼ぐ役割を果たす。そして、突条部２４の図面右側（Ｘ方向）にスロット状の挿入孔２６が設けられている。

図２（ｃ）は、挿入孔２６の中央で断面した図、すなわち、図２（ｂ）より奥の部位での断面図（図２（ａ）のＣ−Ｃ断面図）である。
図２（ｃ）に示すように、パワーモジュールケース１７に埋設されたケース側バスバー２１の真上に挿入孔２６が設けられている。挿入孔２６は孔口に外に（上に）広がるテーパー面２７、２７を有している。
そして、パワーモジュールケース１７は、下部に下方へ開口するコア挿入溝２８が設けられている。

図３（ａ）に示すように、パワーモジュールケース１７を反転して、コア挿入溝２８を上にする。次に、電流センサ（図４、符号３０）の主要素であるＣ形状のコア３１をコア挿入溝２８へ嵌める。すなわち、コア３１でケース側バスバー２１を囲うようにする。
次に、図３（ｂ）に示すように、コア挿入溝２８に樹脂３２を充填する。すなわち、コア３１をモールディングする。これで、コア３１はパワーモジュールケース１７に埋設される。
その後、パワーモジュールケース１７を再反転して、挿入孔２６を上に向ける。

図４（ａ）に示すように、回路基板１８にホール素子３３が実装されている。このホール素子３３を挿入孔２６に挿入するようにして回路基板１８を下げる。このときに、挿入孔２６は孔口にテーパー面２７、２７を有しており、テーパー面２７、２７のガイド作用により、ホール素子３３は円滑に挿入孔２６内へ導かれる。

図４（ｂ）に示すように、コア３１の開口部３１ａ近傍にホール素子３３が挿入される。この状態で、回路基板１８はビスなどによりパワーモジュールケース１７に固定される。
すなわち、パワーモジュールケース１７に埋設されたコア３１と、回路基板１８に実装されたホール素子３３とから電流センサ３０が構成される。ケース側バスバー２１を流れる電流の大きさをコア３１及びホール素子３３で検知し、得られた電流情報を回路基板１８へ伝達する。

図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図であり、モータ側バスバー１５を端子部２２に当て、ボルト３４で締結する。これで、ケース側バスバー２１にモータ側バスバー１５が電気的に接続される。

パワーモジュールケース１７は、上面に回路基板１８を備えると共に、この回路基板１８と端子部２２とを仕切るために上方へ延長したケース延長部２５を有している。回路基板１８と端子部２２との間の絶縁距離を増加することができる。絶縁距離が大きくなるため、回路基板１８と端子部２２とをさらに接近させることも可能となる。

図４（ｂ）で示したように、コア３１がパワーモジュールケース１７に一体形成され、ホール素子３３がコア３１に対応するように回路基板１８に実装されている。パワーモジュールケース１７に回路基板１８を取り付けるだけで、電流センサ３０が完成する。電流センサ３０が別部品であれば、別部品をパワーモジュールケース１７に取り付ける工数が発生するが、本発明ではこのような取り付け工数は不要である。別部品であれば欠品が起こらないように部品管理が不可欠となるが、本発明では欠品の虞がないため、部品管理は不要である。
よって、本発明によれば、電流センサ３０に起因する組み立てコストや管理コストが低減できる。

また、図２（ｂ）と図２（ｃ）とから明らかなように、パワーモジュールケース１７の側面視で、コア（図４、符号３１）と隣接するように中心間距離でＬだけオフセットした位置に端子部２２が配置されているため、端子部２２を大きくすることなく電流センサ（図４、符号３０）を構成することができる。

尚、電力変換装置１０は、電動車両や、いわゆるハイブリッド車両に搭載される他、舶用や一般産業用に供することもできる。

本発明は、車両に搭載される電力変換装置に好適である。

１０…電力変換装置、１７…パワーモジュールケース、１８…回路基板、２１…バスバー（ケース側バスバー）、２２…端子部、２５…ケース延長部、２６…挿入孔、２７…テーパー面、２８…コア挿入溝、３０…電流センサ、３１…コア、３１ａ…開口部、３２…樹脂、３３…ホール素子。

Claims (4)

1. モータをスイッチングするパワーモジュールを収納するパワーモジュールケースと、
   前記パワーモジュールケースに設けられ前記パワーモジュールを制御する回路基板と、 前記パワーモジュールケースに設けられ前記パワーモジュールから前記モータへ接続されるバスバーと、
   前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサと、を備える電力変換装置において、
   前記電流センサは、
   前記パワーモジュールケースに埋設されたコアと、
   前記回路基板に実装されたホール素子とからなり、
   前記パワーモジュールケースには、
   断面が長方形である前記バスバーが埋設されており、
   前記バスバーの断面の長手方向の一方の延長線上に前記ホール素子が前記コアの近傍まで挿入される挿入孔が設けられ、
   前記バスバーの断面の長手方向の他方にコア挿入溝が形成されており、
   前記ホール素子が前記挿入孔に配置され、
   前記コアは、Ｃ形状で前記バスバーの断面の幅よりも広い開口部が設けられており、
   前記コアは、埋設された前記バスバーを囲みつつ、前記開口部に前記ホール素子が設けられるように前記バスバーの断面の長手方向の他方から前記コア挿入溝に嵌められ、
   前記コアと前記コア挿入溝は前記バスバーの断面の長手方向の他方から樹脂でモールディングされていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記バスバーは、該バスバーのモータ側端部に端子部を有し、前記パワーモジュールケースの側面視で、前記コアと隣接するようにオフセットした位置に前記端子部が配置されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記挿入孔は、該挿入孔の孔口が外へ広がるテーパー面を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力変換装置。
4. モータをスイッチングするパワーモジュールを収納するパワーモジュールケースと、前記パワーモジュールケースに設けられ前記パワーモジュールを制御する回路基板と、前記パワーモジュールケースに設けられ前記パワーモジュールから前記モータへ接続されるバスバーと、前記バスバーに流れる電流を検出する電流センサと、を備える電力変換装置において、
   前記電流センサは、前記パワーモジュールケースに埋設されたコアと、前記回路基板に実装されたホール素子とからなり、
   前記パワーモジュールケースには、前記ホール素子が前記コアの近傍まで挿入される挿入孔が設けられており、
   前記バスバーは、該バスバーのモータ側端部に端子部を有し、
   前記パワーモジュールケースは、該パワーモジュールケースの上面に前記回路基板を備えると共に、該回路基板と前記端子部とを仕切るために該回路基板の載置方向に延長したケース延長部を有していることを特徴とする電力変換装置。

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